Конденсатор в цепи переменного и постоянного тока: что это такое, виды

Как устроен конденсатор?

В простейшем случае конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок) и диэлектрика (изолятора) между ними. Чем больше размер пластин и чем меньше зазор между ними, тем больше емкость конденсатора.

Вообще говоря, конденсатор накапливает на обкладках заряд (множество элементарных частиц, каждая из которых обладает элементарным зарядом). Чем больший заряд накоплен, тем большая запасена энергия. Ёмкость конденсатора зависит также и от вида диэлектрика.

Две пластины, разделенные тонким воздушным слоем (воздух — тоже диэлектрик), обладают очень небольшой емкостью, и в таком виде конденсаторы не используются.

С помощью специальных материалов и технологических ухищрений научились достаточно большую ёмкость втискивать в очень небольшой объём.

Самый характерный пример — электролитические конденсаторы.

В них две металлические обкладки в виде длинных полос (чаще всего из алюминиевой фольги) разделены слоем бумаги, пропитанной электролитом.

Электролит вызывает образование тонкой пленки оксида (окисла), которая является хорошим диэлектриком.

Поэтому электролитические конденсаторы называют ещё оксидными. Полосы сворачивают и помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

Раньше выводы конденсаторов делали из меди – как из материала с высокой электропроводностью. Теперь же их нередко делают из более дешевых сплавов на основе железа. В этом можно убедиться, если поднести к ним магнит. Фирмачи научились экономить!

В керамических конденсаторах диэлектриком служит пластинка из керамики, а обкладками – напыленные на керамику пленки металлических сплавов.

Где и как используются конденсаторы?

Перед тем как начать рассказывать об области применения конденсаторов, вспомним, что конденсатор это — две пластины, разделенные диэлектриком. Поэтому ток через конденсатор (в первом приближении) идти не может. Однако в цепи с конденсатором могут происходить процессы заряд и разряда. И во время этих процессов в цепи будут протекать токи заряда или разряда.

Таким образом, если переменное напряжение будет приложено к цепи с конденсатором, в ней будет протекать переменный ток. Поэтому конденсатор можно охарактеризовать такой величиной как емкостное сопротивление (обозначается в технической литературе как Хс).

Емкостное сопротивление зависит от ёмкости конденсатора и частоты приложенного напряжения. Чем ёмкость и частота больше, тем меньше емкостное сопротивление. На этих эффектах основано применение конденсаторов в схемах фильтрации источников питания.

В компьютерных блоках питания для получения постоянных напряжений +3,3, +5, и +12 В используется двухполупериодная схема выпрямление с двумя диодами и фильтрующим конденсатором. Без конденсатора на нагрузке будет пульсирующее напряжение одной полярности.

Источник постоянного напряжения можно представить в виде эквивалентной схемы из генератора и двух сопротивлений, где R1 — это внутреннее сопротивление выпрямителя, а R2 — емкостное сопротивление конденсатора.

Генератор – это сумма постоянного и переменного напряжений (пульсирующее напряжение содержит в себе постоянную и переменную составляющую).

Таким образом, сигнал с генератора подается на частотно-зависимый делитель напряжения. Выходной сигнал снимается с нижнего плеча (конденсатора). Для постоянного напряжения сопротивление конденсатора очень велико, гораздо больше сопротивления выпрямителя. Поэтому уменьшения постоянного напряжения не происходит.

Для переменного напряжения сопротивления конденсатора очень мало, гораздо меньше сопротивления выпрямителя, поэтому происходит сильное ослабление переменной составляющей.

Вообще, такая комбинация активного сопротивления и конденсатора называется фильтром нижних частот, который пропускает постоянную составляющую и какой-то диапазон низких частот.

Чем выше частота входного переменного напряжения, тем сильнее оно ослабляется.

Так как необходимо сильное подавление пульсаций переменного напряжения, то используется электролитические конденсаторы большой емкости.

Назначение керамических SMD конденсаторов на материнской плате — подавлять высокочастотные помехи, возникающие при переключении транзисторов в микросхемах. Таким образом, электролитические конденсаторы фильтруют относительно низкочастотные помехи и пульсации, а керамические — более высокочастотные.

Приведем еще один пример разделения переменной и постоянной составляющей. Пусть в схеме на рисунке сигнал в точке А будет иметь постоянную составляющую 5 В и переменную амплитудой 2 В.

После конденсатора, в точке В будет уже только переменная составляющая той же амплитудой 2 В (если емкостное сопротивление конденсатора мало для такой частоты). Интересно, не правда ли?

По существу, это тоже частотно-зависимый делитель напряжения, где в виде нижнего плеча выступает сопротивление нагрузки. Такую комбинацию называют фильтром верхних частот, который не пропускает постоянную составляющие и низкие частоты, так как в емкостное сопротивление будет для них большим.

Советуем изучить Термопара: что это такое

Заканчивая, отметим маленькую деталь: так как максимальное напряжение на конденсаторе будет равно сумме постоянной и переменной составляющей, его рабочее напряжение должно быть не менее этой величины.

Купить конденсаторы можно

Продолжение следует.

Сопротивление конденсатора переменному напряжению

При включении конденсатора в цепь с переменным током, ток свободно проходит через конденсатор. Это объясняется очень просто: происходит процесс постоянной зарядки и разрядки конденсатора. При этом говорят, что в цепи присутствует емкостное сопротивление конденсатора, помимо активного сопротивления.

И так, конденсатор, который включен в цепь переменного тока, ведет себя как сопротивление, то есть оказывает влияние на силу тока, текущую в цепи. Величину емкостного сопротивления обозначим как , его величина связана с частотой тока и определена формулой:

где — частота переменного тока; — угловая частота тока; C — емкость конденсатора.

Если конденсатор включен в цепь переменного тока, то в нем не затрачивается мощность, потому что фаза тока сдвинута по отношению к напряжению на . Если рассмотреть один период колебания тока в цепи (T), то происходит следующее: при заряде конденсатора (это составляет ) энергия в поле конденсатора запасается; на следующем отрезке времени () конденсатор разряжается и отдает энергию в цепь. Поэтому ёмкостное сопротивление называют реактивным (безваттным).

Следует заметить, что в каждом реальном конденсаторе реальная мощность (мощность потерь) все же тратится, при течении через него переменного тока. Это вызвано тем, что происходят изменения в состоянии диэлектрика конденсатора. Помимо этого существует некоторая утечка в изоляции обкладок конденсатора, поэтому появляется небольшое активное сопротивление, которое как бы включено параллельно конденсатору.

Эквивалентная схема конденсатора

Эквивалентная схема: поскольку пластины в конденсаторе имеют некоторое сопротивление, и поскольку ни один диэлектрик не является идеальным изолятором, не существует такой вещи, как «идеальный» конденсатор. В реальной жизни конденсатор имеет как последовательное сопротивление, так и параллельное сопротивление (сопротивление утечки), взаимодействующие с его чисто емкостными характеристиками:

Рисунок 2 – Эквивалентная схема конденсатора

К счастью, относительно легко изготовить конденсаторы с очень маленьким последовательным сопротивлением и очень высоким сопротивлением утечки!

Конденсатор в цепи переменного тока

Соберем цепь с конденсатором, в которой генератор переменного тока создает синусоидальное напряжение. Разберем последовательно, что произойдет в цепи, когда мы замкнем ключ. Начальным будем считать тот момент, когда напряжение генератора равно нулю.

Рис. 1. Изменение тока и напряжения в цепи с емкостью

Таким образом, ток с наибольшей силой устремляется в свободный от заряда конденсатор, но тут же начинает убывать по мере заполнения зарядами пластин конденсатора и падает до нуля, полностью зарядив его.

Сравним это явление с тем, что происходит с потоком воды в трубе, соединяющей два сообщающихся сосуда (рис. 2),один из которых наполнен, а другой пустой. Стоит только выдвинуть заслонку, преграждающую путь воде, как вода сразу же из левого сосуда под большим напором устремится по трубе в пустой правый сосуд. Однако тотчас же напор воды в трубе начнет постепенно ослабевать, вследствие выравнивания уровней в сосудах, и упадет до нуля. Течение воды прекратится.

Рис. 2. Изменение напора воды в трубе, соединяющей сообщающиеся сосуды, сходно с изменением тока в цепи во время заряда конденсатора

Подобно этому и ток сначала устремляется в незаряженный конденсатор, а затем постепенно ослабевает по мере его заряда.

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

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

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

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

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

Убедиться в этом можно на следующем простом опыте. Подключите к сети переменного тока через лампочку электрического освещения мощностью 25 Вт конденсатор емкостью 4—6 мкф. Лампочка загорится и не погаснет до тех пор, пока не будет разорвана цепь. Это говорит о том, что по цепи с емкостью проходил переменный ток. Однако проходил он, конечно, не сквозь диэлектрик конденсатора, а в каждый момент времени представлял собой или ток заряда или ток разряда конденсатора.

Диэлектрик же, как нам известно, поляризуется под действием электрического поля, возникающего в нем при заряде конденсатора, и поляризация его исчезает, когда конденсатор разряжается.

При этом диэлектрик с возникающим в нем током смещения служит для переменного тока своего рода продолжением цепи, а для постоянного разрывает цепь. Но ток смещения образуется только в пределах диэлектрика конденсатора, и поэтому сквозного переноса зарядов по цепи не происходит.

Плоский конденсатор и его емкость

Плоским конденсатором называют конденсатор, который состоит из двух одинаковых пластин, которые параллельны друг другу. Пластины могут быть разной формы. На практике чаще всего можно встретить квадратные, прямоугольные и круглые пластины. Давайте рассмотрим простой плоский квадратный конденсатор.

плоский конденсатор

где

d — расстояние между пластинами конденсатора, м

S — площадь самой наименьшей пластины, м2

ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками конденсатора

Готовая формула для плоского конденсатора будет выглядеть так:

где

С — емкость конденсатора, ф

ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика

ε — диэлектрическая постоянная, ф/м

S — площадь самой наименьшей пластины, м2

d — расстояние между пластинами, м

Да, знаю, у вас сразу возникает вопрос: «А что такое диэлектрическая постоянная?» Диэлектрическая постоянная — это постоянная величина, которая нужная для вычислений в некоторых формулах электромагнетизма. Ее значение равняется 8, 854 × 10-12 ф/м.

Диэлектрическая проницаемость — эта величина зависит от типа диэлектрика, который находится между обкладками конденсатора. Например, для воздуха и вакуума это значение равняется 1, для некоторых других веществ можете посмотреть в таблице.

Какой можно сделать вывод из этой формулы? Хотите сделать конденсатор с огромной емкостью, делайте площадь пластин как можно больше, расстояние между пластинами как можно меньше и заправляйте вместо диэлектрика дистиллированную воду.

В настоящее время конденсаторы делают из нескольких пластин в виде слоеного торта. Это примерно выглядит вот так.

многослойный конденсатор

В этом случае формула такого конденсатора примет вид:

формула многослойного конденсатора

где n — это количество пластин

Паразитные параметры

Отдельные виды параметров являются паразитными, которые стараются снизить при конструировании и изготовлении. Их описание приведено ниже.

Эквивалентная схема

Данный параметр зависит от свойств диэлектрика и материала корпуса. Он показывает, насколько уменьшается заряд с течением времени у элемента, не включенного во внешнюю цепь. Утечка происходит в результате неидеальности диэлектрика и по его поверхности.

Для некоторых конденсаторов в характеристиках указывается постоянная времени Т, которая показывает время, в течении которого напряжение на обкладках уменьшится в е (2.71) раз. Численно постоянная времени равняется произведению сопротивления утечки на емкость.

Эквивалентное последовательное сопротивление (Rs)

Эквивалентное последовательное сопротивление ЭПС (в англоязычной литературе ERS) слагается из сопротивления материала обкладок и выводов. К нему также может добавляться поверхностная утечка диэлектрика.

По своей сути, ЭПС представляет собой сопротивление, соединенное последовательно с идеальным конденсатором. Такая цепь в некоторых случаях может влиять на фазочастотные характеристики. ЭПС обязательно должно учитываться при проектировании импульсных источников питания и контуров авторегулирования.

Электролитические конденсаторы имеют особенность, когда из-за наличия внутри паров электролита, воздействующих на выводы, величина ЭПС со временем увеличивается.

Эквивалентная последовательная индуктивность (Li)

Поскольку выводы обкладок и сами обкладки металлические, то они имеют некоторую индуктивность. Таким образом, конденсатор представляет собой резонансный контур, что может оказать влияние на работу схемы в определенном диапазоне частот. Наименьшую индуктивность имеют СМД компоненты ввиду отсутствия у них проволочных выводов.

Тангенс угла диэлектрических потерь

Отношение активной мощности, передаваемой через конденсатор, к реактивной, называется тангенсом угла диэлектрических потерь. Данная величина зависит от потерь в диэлектрике и вызывает сдвиг фазы между напряжением на обкладке и током. Тангенс угла потерь важен при работе на высоких частотах.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ означает изменение емкости при колебаниях температуры. ТКЕ может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от того, как ведет себя емкость при изменениях температуры.

Для фильтрующих и резонансных цепей для компенсации температурного дрейфа в одной цепи используют элементы с разным ТКЕ, поэтому многие производители группируют выпускаемые элементы по величине и знаку коэффициента.

Советуем изучить В розетке ток постоянный или переменный

Диэлектрическая абсорбция

Данный эффект еще называют эффектом памяти. Проявляется он в том, что при разряде конденсатора через низкоомную нагрузку через некоторое время на обкладках возникает небольшое напряжение.

Величина диэлектрической абсорбции зависит от материалов, из которых изготовлен элемент. Она минимальна для тефлона и полистирола и максимальна для танталовых конденсаторов

Важно учитывать эффект при работе с прецизионными устройствами, особенно интегрирующими и дифференцирующими цепями

Паразитный пьезоэффект

Так называемый «микрофонный эффект» выражается в том, что при воздействии механических нагрузок, в том числе акустических колебаний, керамический диэлектрик в некоторых типах устройств проявляет свойства пьезоэлектрика и начинает генерировать помехи.

Самовосстановление

Свойством самовосстановления после электрического пробоя обладают электролитические бумажные и пленочные конденсаторы. Такие типы конденсаторов и их разновидности нашли применение в цепях, обеспечивающих запуск электродвигателей, в особенности, если трехфазный асинхронный электродвигатель включается в однофазную сеть. Свойство восстановления широко используется в силовой технике.

Характеристики и свойства

К параметрам конденсатора, которые используют для создания и ремонта электронных устройств, относят:

1. Ёмкость — С. Определяет количество заряда, которое удерживает прибор. На корпусе указывается значение номинальной ёмкости. Для создания требуемых значений элементы включают в цепь параллельно или последовательно. Эксплуатационные величины не совпадают с расчетными.
2. Резонансная частота — fр. Если частота тока больше резонансной, то проявляются индуктивные свойства элемента. Это затрудняет работу. Чтобы обеспечить расчетную мощность в цепи, конденсатор разумно использовать на частотах меньше резонансных значений.
3. Номинальное напряжение — Uн. Для предупреждения пробоя элемента рабочее напряжение устанавливают меньше номинального. Параметр указывается на корпусе конденсатора.
4. Полярность. При неверном подключении произойдет пробой и выход из строя.
5. Электрическое сопротивление изоляции — Rd. Определяет ток утечки прибора. В устройствах детали располагаются близко друг к другу. При высоком токе утечки возможны паразитные связи в цепях. Это приводит к неисправностям. Ток утечки ухудшает емкостные свойства элемента.
6. Температурный коэффициент — TKE. Значение определяет, как ёмкость прибора меняется при колебаниях температуры среды. Параметр используют, когда разрабатывают устройства для эксплуатации в тяжелых климатических условиях.
7. Паразитный пьезоэффект. Некоторые типы конденсаторов при деформации создают шумы в устройствах.

Подразделения конденсаторов по возможности изменения емкости

По данному параметру детали этой категории делят на:

• постоянные;
• переменные;
• подстроечные.

Специфические названия определяют главные конструктивные особенности, целевое назначение. Типовой постоянный конденсатор создают из проводящих обкладок, свернутых в рулон для уменьшения габаритов. Между ними устанавливают диэлектрик. Сборку помещают в металлический корпус или заливают полимером для обеспечения необходимых параметров защищенности.

Радиальный конденсатор с электролитическим наполнителем

В переменных и подстроечных моделях применяют наборы из пластин с механическим приводом. Изменением положения рабочих элементов устанавливают необходимое значение емкости. Каждое изделие рассчитано на определенный диапазон рабочих параметров. Такие конденсаторы применяют для точной настройки колебательного контура. Их устанавливают в радиоэлектронных блоках, чтобы регулировать отдельные рабочие параметры в процессе эксплуатации.

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Сравнение мейнфрейма и суперкомпьютера.

Суперкомпьютеры — это машины, которые находятся сегодня на пике доступных вычислительных мощностей, особенно в области операций с числами. Суперкомпьютеры используются для научных и инженерных задач (высокопроизводительные вычисления, например, в области метеорологии или моделирования ядерных процессов), где ограничивающими факторами являются мощность процессора и объем оперативной памяти, тогда как мэйнфреймы используются для целочисленных операций, которые являются требовательными к скорости обмена данными, надежности и способности одновременной обработки множества процессов (инвентаризация товаров, резервирование авиабилетов, банковские операции).

В контексте общей вычислительной мощности мэйнфреймы проигрывают суперкомпьютерам.

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.

Принцип работы и характеристики конденсаторов

Устройство конденсатора представляет собой две металлические пластинки-обкладки, разделенные тонким слоем диэлектрика. Соотношение размеров и расположения обкладок и характеристика материала диэлектрика определяет показатель емкости.

Разработка конструкции любого типа конденсатора преследует целью получение максимальной емкости в расчете на минимальные размеры для экономии пространства на печатной плате устройства. Одна из наиболее популярных по внешнему виду форм — в виде бочонка, внутри которого скручены металлические обкладки с диэлектриком между ними. Первый конденсатор, изобретенный в городе Лейдене (Нидерланды) в 1745 году, получил название «Лейденской банки».

Принципом работы компонента является способность заряжаться и разряжаться. Зарядка возможна благодаря нахождению обкладок на малом расстоянии друг от друга. Близкорасположенные заряды, разделенные диэлектриком, притягиваются друг к другу и задерживаются на обкладках, а сам конденсатор таким образом хранит энергию. После отключения источника питания компонент готов к отдаче энергии в цепи, разряду.

Параметры и свойства, определяющие рабочие характеристики, качество и долговечность работы:

• электрическая емкость;
• удельная емкость;
• допускаемое отклонение;
• электрическая прочность;
• собственная индуктивность;
• диэлектрическая абсорбция;
• потери;
• стабильность;
• надежность.

Способность накапливать заряд определяет электрическую емкость конденсатора. При расчете емкости нужно знать:

• площадь обкладок;
• расстояние между обкладками;
• диэлектрическую проницаемость материала диэлектрика.

Для повышения емкости нужно увеличить площадь обкладок, уменьшить расстояние между ними и использовать диэлектрик, материал которого обладает высокой диэлектрической проницаемостью.

Для обозначения емкости используется Фарад (Ф) — единица измерения, получившая свое название в честь английского физика Майкла Фарадея. Однако 1 Фарад — слишком большая величина. Например, емкость нашей планеты составляет менее 1 Фарада. В радиоэлектронике используются меньшие значения: микрофарад (мкФ, миллионная доля Фарада) и пикофарад (пФ, миллионная доля микрофарада).

Watch this video on YouTube

Удельная емкость рассчитывается из отношения емкости к массе (объему) диэлектрика. На этот показатель влияют геометрические размеры, и повышение удельной емкости достигается за счет снижения объема диэлектрика, но при этом повышается опасность пробоя.

Допускаемое отклонение паспортной величины емкости от фактической определяет класс точности. Согласно ГОСТу, существует 5 классов точности, определяющих будущее использование. Компоненты высшего класса точности применяются в цепях высокой ответственности.

Электрическая прочность определяет способность удерживать заряд и сохранять рабочие свойства. Заряды, сохраняющиеся на обкладках, стремятся друг к другу, воздействуя на диэлектрик

Электрическая прочность — важное свойство конденсатора, определяющее длительность его использования. В случае неправильной эксплуатации произойдет пробой диэлектрика и выход компонента из строя

Собственная индуктивность учитывается в цепях переменного тока с катушками индуктивности. Для цепей постоянного тока не берется в расчет.

Диэлектрическая абсорбция — появление напряжения на обкладках при быстром разряде. Явление абсорбции учитывается для безопасной эксплуатации высоковольтных электрических устройств, т.к. при коротком замыкании существует опасность для жизни.

Потери обусловлены малым пропусканием тока диэлектриком. При эксплуатации компонентов электронных устройств в разных температурных условиях и разной влажности свое влияние оказывает показатель добротности потерь. На него также влияет рабочая частота. На низких частотах сказываются потери в диэлектрике, на высоких — в металле.

Стабильность — параметр конденсатора, на который также оказывает влияние температура окружающей среды. Ее воздействия делятся на обратимые, характеризуемые температурным коэффициентом, и необратимые, характеризуемые коэффициентом температурной нестабильности.

Надежность работы конденсатора в первую очередь зависит от условий эксплуатации. Анализ поломок говорит о том, что в 80% случаев причиной выхода из строя является пробой.

В зависимости от назначения, типа и области применения различаются и размеры конденсаторов. Самые маленькие и миниатюрные, размерами от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, используются в электронике, а самые крупные — в промышленности.

Как подключается

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

Таблица цифровой маркировки емкости конденсаторов.

Физические размеры конденсатора

Для большинства применений в электронике минимальный размер является целью для разработки компонентов. Чем меньшие по размеру компоненты можно изготовить, тем большая схема может быть встроена в меньший корпус, при этом, как правило, также уменьшается вес. В случае конденсаторов существуют два основных ограничивающих фактора для минимального размера устройства: рабочее напряжение и емкость. И эти два фактора, как правило, противоречат друг другу. Для любого конкретного выбранного диэлектрического материала единственный способ увеличить номинальное напряжение конденсатора – это увеличить толщину диэлектрика. Однако, как мы видели, это приводит к уменьшению емкости. Емкость можно восстановить, увеличив площадь пластины, но это делает компонент больше. Вот почему вы не можете судить о емкости конденсатора в фарадах просто по размеру. Конденсатор любого заданного размера может быть относительно высоким по емкости и с низким рабочим напряжением, или наоборот, или иметь некоторый компромисс между двумя этими крайностями. Посмотрим для примера следующие две фотографии:

Рисунок 3 – Масляный конденсатор высокого напряжения

Это довольно большой конденсатор по физическим размерам, но он имеет довольно низкое значение емкости: всего 2 мкФ. Тем не менее, его рабочее напряжение довольно высокое: 2000 вольт! Если бы этот конденсатор был перепроектирован так, чтобы между его пластинами был более тонкий слой диэлектрика, то могло бы быть достигнуто, по крайней мере, стократное увеличение емкости, но за счет значительного снижения его рабочего напряжения. Сравните приведенную выше фотографию с приведенной ниже. Конденсатор, показанный на нижнем рисунке, представляет собой электролитический компонент, по размерам подобный приведенному выше, но с очень отличающимися значениями емкости и рабочего напряжения:

Рисунок 4 – Электролитический конденсатор

Более тонкий слой диэлектрика дает ему гораздо большую емкость (20000 мкФ) и резко снижает рабочее напряжение (постоянное напряжение 35 В, напряжение 45 В в пике).

Вот некоторые образцы конденсаторов разных типов, все по размеру меньше, чем показанные ранее:

Рисунок 5 – Керамические конденсаторыРисунок 6 – Пленочные конденсаторыРисунок 7 – Электролитические конденсаторыРисунок 8 – Танталовые конденсаторы

Электролитические и танталовые конденсаторы являются полярными (чувствительны к полярности) и всегда помечаются как таковые. У электролитических конденсаторов отрицательные (-) выводы отмечаются стрелками на корпусе. У некоторых полярных конденсаторов полярность обозначена на положительном выводе. У большого электролитического конденсатора на 20 000 мкФ, показанного выше, положительный (+) вывод помечен знаком «плюс». Керамические, майларовые, пленочные и воздушные конденсаторы не имеют маркировки полярности, потому что эти типы являются неполярными (они не чувствительны к полярности).

Конденсаторы являются очень распространенными компонентами в электронных схемах. Внимательно посмотрите на следующую фотографию – каждый компонент, обозначенный на печатной плате буквой «С», является конденсатором:

Рисунок 9 – Конденсаторы на сетевой карте

Некоторые конденсаторы на плате – это стандартные электролитические конденсаторы: C₃₀ (верхняя часть платы, в центре) и C₃₆ (левая сторона, 1/3 от вершины). Некоторые другие представляют собой особый вид электролитических конденсаторов, называемый танталовым, потому что именно этот тип металла используется для изготовления пластин. Танталовые конденсаторы имеют относительно высокую емкость для своих физических размеров. На плате, показанной выше, танталовые конденсаторы: C₁₄ (чуть ниже слева от C₃₀), C₁₉ (непосредственно под R₁₀, который ниже C₃₀), C₂₄ (нижний левый угол платы) и C₂₂ (внизу справа).

Примеры еще меньших по размеру конденсаторов можно увидеть на этой фотографии:

Рисунок 10 – Конденсаторы на жестком диске

Конденсаторы на этой печатной плате из соображений экономии места являются «устройствами поверхностного монтажа», как и все резисторы. В соответствии с соглашением о маркировке компонентов конденсаторы могут быть идентифицированы по меткам, начинающимся с буквы «C».

Подключение полярных конденсаторов в переменное напряжение

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Квадрокоптер летит токо в верх модель YH 1 ставка. Не взлетает квадрокоптер 1 ставка.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Конденсатор в цепи переменного тока. Емкостное сопротивление конденсатора.
• Пусковой конденсатор для электродвигателя
• Электрический конденсатор. Виды конденсаторов. Конденсатор постоянный
• Конденсаторы | Принцип работы и маркировка конденсаторов
• Электрический конденсатор
• Способ и схема для использования поляризованного устройства при применении переменного тока
• Электрический конденсатор
• Как выбрать конденсатор?

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

Конденсатор в цепи переменного тока. Емкостное сопротивление конденсатора.

В магазинах электротехники конденсаторы чаще всего можно увидеть в виде цилиндра, внутри которого располагается множество лент из пластин и диэлектриков. Конденсатор — это часть электрической цепи, состоящей из 2 электродов, которые способны накапливать, сосредотачивать или передавать ток другим устройствам.

Конструктивно электроды представляют собой обкладки конденсатора, у которых заряды противоположны. Для того чтобы устройство работало, между пластинами размещен диэлектрик — элемент, не позволяющий двум пластинам соприкоснуться друг с другом. Элементы для пайки емкостей служат для транспортировки, измерения, перенаправления и передачи электроэнергии и сигналов.

Каждый начинающий радиолюбитель часто задается вопросом: для чего нужен конденсатор? Новички не понимают, зачем он нужен, и ошибочно считают, что он может полноценно заменить батарейку или блок питания. В комплектацию всех радиоустройств входят конденсаторы, транзисторы и резисторы. Данные элементы составляют кастет платы или целый модуль в схемах со статичными значениями, что делает его базой для любого электроприбора, начиная от небольшого утюга и заканчивая промышленными приборами.

Определение емкости конденсатора проводится путем расчета отношения заряда одного проводника к его потенциальной мощности. Диэлектрик также способен снимать образовавшееся напряжение на конденсаторе в процессе работы устройства.

Емкость конденсатора зависит от типа диэлектрика и указывается на корпусе, измеряется в мкФ или uF. Эти характеристики прописаны в государственном стандарте ГОСТ 2. Обратите внимание! Чем больше емкость электролитов, тем больше время зарядки, и тем больше заряда устройство сможет передать. Чем больше величина нагрузки или мощность прибора, тем короче время разряда. При этом сопротивление играет немаловажную роль, так как от него зависит количество исходящего электропотока.

Главной частью конденсатора является диэлектрик. Он обладает следующим рядом характеристик, влияющих на мощность оборудования:. Полезно знать! Накопленное напряжение на конденсаторе невозможно использовать или передавать — его необходимо гасить. Давайте-ка я вам напомню. При кратковременной подаче на конденсатор постоянного напряжения, он заряжается и сохраняет в себе этот заряд. Поэтому, это притяжение не дает разрядиться уже заряженному конденсатору.

То есть это провода, лампочки, говорилки, радиодетали и тд соединенные в какой то последовательности и через которые идет или будет идти электрический ток от источника питания. Да хотя бы даже от батарейки или Блока питания. Думаю, вы знаете, что электрический ток бывает переменным и постоянным.

Давайте же узнаем, как ведет себя конденсатор, когда через него проходит постоянный и переменный ток? Лампочку тоже берем на 12 Вольт. Теперь между одним щупом блока питания и лампочки вставляем конденсатор:. Ну не, если честно, то в самый начальный момент подачи напряжения ток все-таки течет на доли секунды.

Все зависит от емкости конденсатора. Но это в расчет не берут. Итак, чтобы узнать, течет ли переменный ток через конденсатор, нам нужен генератор переменного тока. Также возьмем и конденсатор емкостью в 1 микроФарад:. Будем использовать сразу два канала, ну то есть на одном экране будут высвечиваться сразу два сигнала.

Здесь на экранчике уже видны наводки от сети Вольт. Не обращайте внимание. Будем подавать переменное напряжение и смотреть сигналы, как говорят профессиональные электронщики, на входе и на выходе. Итак, если у нас частота нулевая, то это значит постоянный ток. Постоянный ток, как мы уже видели, конденсатор не пропускает. С этим вроде бы разобрались. Но что будет, если подать синусоиду с частотой в Герц?

Красная синусоида показывает сигнал, который выдает нам китайский генератор частоты. Желтая синусоида — это то, что мы уже получаем на нагрузке. В нашем случае нагрузкой является резистор. Ну вот, собственно, и все. Как вы видите на осциллограмме выше, с генератора я подаю синусоидальный сигнал с частотой в Герц и амплитудой в 2 Вольта.

На резисторе мы уже видим сигнал с такой же частотой желтый сигнал , но его амплитуда составляет каких-то миллиВольт.

Шум — это по идее сигнал с маленькой амплитудой и беспорядочным изменением напряжения, ловимый из окружающей среды. Также радиоэлементы тоже могут добавлять шум. Амплитуда желтого сигнала стала меньше, да еще и график желтого сигнала сдвигается влево, то есть опережает красный сигнал, или научным языком, появляется сдвиг фаз.

Опережает именно фаза, а не сам сигнал. Если бы опережал сам сигнал, то у нас бы тогда получилось, что сигнал на резисторе появлялся бы по времени раньше, чем сигнал, поданый на него через конденсатор. Получилось бы какое-те перемещение во времени :- , что конечно же, невозможно. Сдвиг фаз — это разность между начальными фазами двух измеряемых величин. В данном случае напряжения.

Для того, чтобы произвести замер сдвига фаз, должно быть условие, что у этих сигналов одна и та же частота. Амплитуда может быть любой. Ниже на рисунке приведен этот самый сдвиг фаз или, как еще его называют, разность фаз:. Чем больше частота, тем меньшее сопротивление конденсатор оказывает переменному току.

Сдвиг фаз убывает с увеличением частоты почти до нуля. Итак, мы с вами узнали, что сопротивление конденсатора зависит от частоты. Но только ли от частоты? Внимательно сравните амплитудные значения желтого сигнала на одной и той же частоте, но с разными номиналми конденсатора.

Отсюда вывод напрашивается сам собой: при уменьшении номинала конденсатора его сопротивление стает больше. С помощью физико-математических преобразований физики и математики вывели формулу для расчета сопротивления конденсатора.

Прошу любить и жаловать:. Частота в ноль Герц — это и есть постоянный ток. Что получится? Короче говоря, обрыв цепи.

Зависимость сопротивления конденсатора от частоты очень широко используется в радиоэлектронике, особенно в различных фильтрах, где надо погасить одну частоту и пропустить другую. На практике же, все выпускаемые конденсаторы представляют собой многослойные рулоны лент электродов в форме цилиндра или параллелепипеда, разделенных между собой слоями диэлектрика.

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

Заряд конденсатора. В момент подключения к источнику питания оказывается больше всего места на электродах, поэтому и ток будет зарядки максимальным, но по мере накопления заряда, ток будет уменьшаться и пропадет полностью после полного заряда.

При зарядке на одной пластине будут собираться отрицательно заряженные частицы- электроны, а на другой — ионы, положительно заряженные частицы.

Диэлектрик выступает препятствием для их перескакивания на противоположную сторону конденсатора. При зарядке растет и напряжение с нуля перед началом зарядки и достигает в самом конце максимума, равного напряжению источника питания. Разрядка конденсатора. Если после окончания зарядки отключить источник питания и подключить нагрузку R, то он сам превратится в источник тока.

При подключении нагрузки образовывается цепь между пластинами.

Отрицательно заряженные электроны двинуться через нагрузку к положительно заряженных ионам на другой пластине по закону притяжения между разноименными зарядами. В момент подключения нагрузки, начальный ток по закону Ома будет равняться величине напряжения на электродах равного в конце зарядке конденсатора напряжению источника питания , разделенному на сопротивление нагрузки.

Одновременно с этим начнет снижаться величина напряжения, соответственно по закону Ома и ток. В то же время чем выше уровень разряда обкладок, тем ниже будет скорость падения напряжения и силы тока.

Процесс завершится после того, как напряжение на электродах конденсатора станет равно нулю. Время зарядки конденсатора на прямую зависит от величины его емкости. Чем большей она величины, тем дольше будет проходить по цепи большее количество заряда. Время разрядки зависит от величины подключенной нагрузки.

Чем больше подключено сопротивление R, тем меньше будет ток разрядки. Конденсаторы широко используются во всех электронных и радиотехнических схемах. Они вместе с транзисторами и резисторами являются основой радиотехники.

Много написано про конденсаторы, стоит ли добавлять еще пару тысяч слов к тем миллионам, что уже есть? Таки добавлю! Если говорить по-русски, то конденсатор можно обозвать «накопитель». Так даже понятнее. Тем более именно так переводится на наш язык это название. Стакан тоже можно обозвать конденсатором.

Пусковой конденсатор для электродвигателя

Пароль Доска объявлений Все разделы прочитаны. Полярные электролитические конденсаторы предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока. Однако если включить два однотипных конденсатора последовательно плюс с плюсом , то получится неполярный конденсатор, который можно использовать в цепях переменного тока, правда, с напряжением, гораздо меньшим, чем номинальное рабочее напряжение для работы конденсатора в цепи постоянного тока. Предохранить конденсаторы от пробоя напряжением обратной полярности можно с помощью шунтирующих диодов А где такое применяют???

Такие конденсаторы могут работать в цепях переменного тока. составляющей, то для полярных оксидных конденсаторов с рабочим напряжением Если конденсатор большой емкости исправен, то при подключении к нему.

Электрический конденсатор. Виды конденсаторов. Конденсатор постоянный

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В чем же отличие между конденсаторами переменного тока и постоянного? Полярность определяет различие конденсаторов постоянного тока и переменного. Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком электролитические. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса. Последние вопросы Самые популярные вопросы Вопросы с бонусами Все темы Правила форума. Автор вопроса: N.

Конденсаторы | Принцип работы и маркировка конденсаторов

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие.

Во время работы над разделом о конденсаторах я подумал, что было бы полезно объяснить, почему один тип конденсаторов может быть заменен другим.

Электрический конденсатор

Из статьи читатели узнают о том, как подобрать конденсаторы к электродвигателю, чтобы получился привод с оптимальными характеристиками. Питание обычного синхронного и асинхронного двигателя осуществляется от сети переменного напряжения. Принцип их работы такой же, но частота питающего напряжения, как правило, заметно больше 50 Гц. В электродвигателе переменного тока статор обеспечивает пространственное перемещение магнитного поля. Без этого ротор не сможет начать вращение самостоятельно.

Способ и схема для использования поляризованного устройства при применении переменного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для накопления энергии, запуска двигателя, в сетях переменного тока. Техническим результатом является повышение эффективности и экономичности использования поляризованных устройств накопления заряда во всех случаях их применения. В способе и схеме для использования поляризованного устройства при применении переменного тока в качестве поляризованных устройств накопления электрического заряда используются поляризованные конденсаторы или электрохимические батареи в обычных применениях переменного тока с новой топологией схем. В одном варианте осуществления встречно-последовательная конфигурация первого и второго поляризованных устройств используется в сети переменного тока для улучшения работы сети переменного тока. По меньшей мере один источник постоянного тока обеспечен для поддержания поляризованных устройств смещенными в прямом направлении, когда они подвергаются действию сигнала переменного тока.

Конденсатор – это устройство, способное накапливать и моментально и переменного тока; Виды и классификация конденсаторов . свои функции только при корректном подключении полярности напряжения.

Электрический конденсатор

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео.

Как выбрать конденсатор?

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником диэлектриком , упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше [3]. Конденсатор является пассивным электронным компонентом [4]. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин называемых обкладками , разделённых диэлектриком , толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок см.

Слой оксида на поверхности анода получают методом электрохимического анодирования , что обеспечивает высокую однородность по толщине и диэлектрическим свойствам диэлектрика конденсатора. Технологическая лёгкость получения тонкой однородной плёнки диэлектрика на большой площади электрода позволила наладить массовое производство дешёвых конденсаторов с весьма высокими значениями показателями электрической ёмкости.

Продолжаем изучать электронику, и на очереди у нас разбор того, как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока, постоянного тока, для чего он нужен, а также несколько примеров практического применения. Конденсатор является пассивным элементом электронной схемы, состоящей их двух токопроводящих обкладок, которые разделены каким-нибудь диэлектриком. Основной задачей конденсатора является накопление определенного объема электростатического заряда на обкладках, после включения его в цепь под напряжением. Когда питание отключается, конденсатор сохраняет полученный заряд. Интересно знать!

Конденсаторы постоянной и переменной емкости имеются практически в любом электронном приборе. Основные величины, характеризующие конденсатор, — это его емкость и рабочее напряжение. Общепринятой международной единицей измерения емкости является фарада Ф.

Конденсатор в цепи переменного тока

Изучить поведение и особенности функционирования конденсатора, включенного в цепь переменного тока поможет простейшая цепь с генератором, который формирует синусоидальное напряжение. За начальный момент примем положение в цепи, при котором напряжение на выходе из генератора равно нулю. Исследуем особенности происходящих изменений в цепи после замыкания ключа.

Первая четверть периода

Первая четверть периода характеризуется возрастанием напряжения от нуля на зажимах генератора, что приводит к началу зарядки конденсатора. В цепи появляется электрический ток. Но в самом начале зарядки конденсатора напряжение на его пластинах только начинает формироваться, оставаясь незначительным. Чем сильнее заряжается конденсатор, тем меньшим становится ток в цепи. Ток доходит до нулевой отметки одновременно с полным зарядом конденсатора. Само напряжение, накопленное на пластинах конденсатора, становится максимальный, но характеризуется изменением направления на 180°, то есть становится прямо противоположным напряжению, поступающего от генератора.

Резюмируем: после появления тока в цепи он начинает с максимальной силой поступать в конденсатор. Однако сила тока достаточно быстро снижается по мере накопления напряжения на пластинах конденсатора. Ток становится равным нулю в момент полной зарядки конденсатора.

Для улучшения восприятия процессов, происходящих в цепи, сравним данное явление с особенностью перетекания воды в сообщающихся сосудах. Как только заслонка или краник будут открыты, в пустой сосуд вода побежит с максимальной скоростью и силой. Но напор воды тут же начинает ослабевать и постепенно доходит до нуля. Одновременно уровень жидкости в обоих сосудах выравнивается.

Вторая четверть периода

Вторая четверть периода характеризуется следующими явлениями:

— напряжение генератора убывает, сначала медленно, а затем все быстрее;

— конденсатор, получивший полный заряд, начинает разряжаться на генератор;

— в цепи появляется ток разряда.

Ток разряда возрастает параллельно со снижением напряжения на генераторе. Направление тока заряда на данном этапе (и это очень важно) остается прямо противоположным направлению тока заряда, протекавшего в первую четверть периода. На диаграмме можно увидеть, как кривая тока преодолевает нулевую отметку и переходит в положение ниже по оси времени.

Завершение второй четверти (или первого полупериода) характеризуется минимальными показателями напряжения как на генераторе, так и на конденсаторе. Оба показателя стремятся к нулевой отметке. Одновременно ток в цепи постепенно доходит до своих максимальных значений.

Третья четверть периода

Третья четверть периода начинается с того, что конденсатор вновь начинает заряжаться. Однако в цепи произошли существенные изменения. А именно: полярность пластин конденсатора, равно как и полярность генератора тока изменились на обратную. При этом электрический ток продолжает течь в заданном направлении и вновь начинает убывать по мере заряда конденсатора. Данный участок исследуемого периода характеризуется завершением заряда конденсатора, показатели напряжения на нем и на генераторе достигают максимума, а ток становится равным нулю.

В четвертой четверти периода происходит постепенное уменьшение напряжения в цепи, которое падает до нуля. Ток же, изменив направление движения достигает максимума.

На этом рассматриваемый период заканчивается и повторяется вновь и вновь, точно копируя все параметры и величины тока и напряжения, описанные выше.

Подведем итог: в электрической цепи переменного тока под воздействием напряжения в течение одного периода дважды происходит заряд конденсатора и 2 раза его разряд. Заряд до максимальных показателей происходит в 1 и 3 четверти, а полный разряд – во 2 и 4 четверти периода. Одновременно, учитывая тот факт, что заряды и разряды конденсаторов сопровождаются протеканием электрического тока (зарядного и разрядного) фиксируем: в исследуемой цепи протекает переменный электрический ток.

Убедительный пример

Чтобы наглядно продемонстрировать все вышесказанное и уяснить особенности протекания физических процессов в цепи проведем простой опыт. К сети переменного тока подключаем лампочку электрического освещения, мощность которой составляет 24 Вт. Включаем в цепь конденсатор емкостью 4-6 мкф. Как только цепь замкнется, лампочка включится и будет гореть. До тех пор, пока цепь не будет разорвана. Очевидно: по цепи с емкостью протекает переменный электрический ток. Но он представляет собой постоянно чередующийся ток заряда и разряда и, конечно же не проходит сквозь диэлектрик конденсатора.

Как ведет себя сопротивление. Этот параметр конденсатора, встроенного в цепь, зависит напрямую от двух параметров:

— величина емкости конденсатора;

— частота тока.

Чем емкость выше, тем больший заряд протекает по цепи в момент заряда и разряда конденсатора. Как следствие – увеличивается ток в цепи, что параллельно приводит к уменьшению ее сопротивления.

Выводы:

Таким образом, можно сделать 2 вывода:

1. Чем выше емкость конденсатора, тем меньшим становится сопротивление цепи переменному току.
2. Повышение частоты приводит к снижению уровня сопротивления конденсатора переменному току.

Тест, 11 класс.

Конденсатор в цепи переменного тока. Вариант 2

В честь Дня учителя. Получите готовые материалы на каждый урок по специальной цене! Подробнее…

 

СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Выбрать материалы

Скидки до 50 % на комплекты
только до

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Состоит из 6 тестовых вопросов. Время выполнения — 4 минут.

Вопрос 1

В электрической цепи, содержащей конденсатор, переменный ток существовать

Варианты ответов

• не может, так как между обкладками конденсатора находится диэлектрик
• может, так как это или ток заряда, или ток разряда конденсатора
• не может, так как конденсатор вообще не проводит электрический ток
• может, так как конденсатор — проводник электрического заряда

Вопрос 2

Электрическая цепь содержит конденсатор, к которому подключен источник переменного напряжения. Сила тока в этой цепи становится максимальной, когда конденсатор …

Варианты ответов

• начинает заряжаться (напряжение на конденсаторе равно нулю)
• начинает разряжаться (напряжение на конденсаторе максимально)
• заряжается в течение длительного времени
• полностью разряжен

Вопрос 3

Конденсатор электроемкостью С включили в цепь переменного тока (см.рисунок). Если заменить его конденсатором электроемкостью 2С, то при неизменных амплитудном значении напряжения и частоте переменного тока амплитудное значение силы тока …

Варианты ответов

• увеличится в 2 раза
• увеличится в 4 раза
• уменьшится в 2 раза
• уменьшится в 4 раза

Вопрос 4

Если электроемкость конденсатора уменьшить в 9 раз, то его емкостное сопротивление . ..

Варианты ответов

• увеличится в 3 раза
• увеличится в 9 раз
• уменьшится в 3 раза
• уменьшится в 9 раз

Вопрос 5

Какой из графиков, изображенных на рисунке, соответствует графику зависимости емкостного сопротивления от циклической частоты переменного тока \(\omega\)?

Варианты ответов

• а
• б
• в
• г

Вопрос 6

Емкостное сопротивление конденсатора X_c, включенного в цепь переменного тока, и действующие значения напряжения U  и силы тока I  связаны математическим выражением . ..

Варианты ответов

• U = I\(/\)X_C

• U = I\(\ast\)X²_C

• U = I\(\ast\)X_C

• U = I\(/\)X²_C

Пройти тест

Сохранить у себя:

© 2020, Никифорова Наталья Владиленовна  560

Конденсатор в цепи переменного тока — КиберПедия

Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности. .. Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства… Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие… Интересное: Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными… Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль… Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒ Рассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором. Если подключить конденсатор к источнику постоянного тока, то в цепи возникнет кратковременный импульс тока, который зарядит конденсатор до напряжения источника, а затем ток прекратится. Если заряженный конденсатор отключить от источника постоянного тока и соединить его обкладки с выводами лампы накаливания, то конденсатор будет разряжаться, при этом наблюдается кратковременная вспышка лампы. При включении конденсатора в цепь переменного тока процесс его зарядки длится четверть периода. После достижения амплитудного значения напряжение между обкладками конденсатора уменьшается и конденсатор в течение четверти периода разряжается. В следующую четверть периода конденсатор вновь заряжается, но полярность напряжения на его обкладках изменяется на противоположную и т.д. Процессы зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным периоду колебаний приложенного переменного напряжения. Как и в цепи постоянного тока, через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрические заряды не проходят. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора по проводам, соединенным с его выводами, течет переменный ток. Лампа накаливания, включенная последовательно с конденсатором в цепь переменного тока (рис. 6), кажется горящей непрерывно, так как человеческий глаз при высокой частоте колебаний силы тока не замечает периодического ослабления свечения нити лампы. Рис. 6 Установим связь между амплитудой колебаний напряжения на обкладках конденсатора и амплитудой колебаний силы тока. При изменениях напряжения на обкладках конденсатора по гармоническому закону u=Um⋅cosωt u=Um⋅cos⁡ωt , заряд на его обкладках изменяется по закону: q=C⋅u=Um⋅C⋅cosωt q=C⋅u=Um⋅C⋅cos⁡ωt . Электрический ток в цепи возникает в результате изменения заряда конденсатора: i = q’. Поэтому колебания силы тока в цепи происходят по закону: i=−Um⋅ω⋅C⋅sinωt=Um⋅ω⋅C⋅cos(ωt+π2) i=−Um⋅ω⋅C⋅sin⁡ωt=Um⋅ω⋅C⋅cos⁡(ωt+π2) . Следовательно, колебания напряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного тока отстают по фазе от колебаний силы тока на π/2 или колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на π/2 (рис. 7). Это означает, что в момент, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. После того как напряжение достигает максимума, сила тока становится равной нулю и т.д. Рис. 7 Произведение Um⋅ω⋅CUm⋅ω⋅C является амплитудой колебаний силы тока: Im=Um⋅ω⋅C Im=Um⋅ω⋅C . Отношение амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе к амплитуде колебаний силы тока называют емкостным сопротивлением конденсатора (обозначается ХC): XC=UmIm=1ω⋅C XC=UmIm=1ω⋅C . Связь между амплитудным значением силы тока и амплитудным значением напряжения по форме совпадает с выражением закона Ома для участка цепи постоянного тока, в котором вместо электрического сопротивления фигурирует емкостное сопротивление конденсатора: Im=UmXC Im=UmXC . Емкостное сопротивление конденсатора, как и индуктивное сопротивление катушки, не является постоянной величиной. Оно обратно пропорционально частоте переменного тока. Поэтому амплитуда колебаний силы тока в цепи конденсатора при постоянной амплитуде колебаний напряжения на конденсаторе возрастает прямо пропорционально частоте.   ⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒ Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства… Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой… Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни… Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого… 

что это такое и для чего он нужен © Геостарт

Рубрика: Ремонт и инженерка

Асинхронные моторы активно используются в быту и на производстве. При запуске в некоторых случаях для них может не хватить крутящего момента. Чтобы решить эту проблему, используется пусковая цепь с особым образом подобранным конденсатором. Чтобы правильно его выбрать и использовать, нужно знать, зачем нужен конденсатор в электродвигателе и как правильно определить его характеристики.

Что такое пусковой конденсатор

Когда электродвигатель находится в рабочем режиме, его движение обеспечивается обмотками. Однако, когда в момент старта нужно начать вращение, обычных усилий двигателя недостаточно. Без использования дополнительных средств он только начнёт слегка подрагивать.

Обычно одним из элементов двигателя является рабочий конденсатор. Он накапливает заряд, который способен превышать рабочее напряжение, а затем отдаёт его в нужный момент. Однако для пуска его работы недостаточно. Для этого необходимо параллельно подключить ещё один конденсатор, который называют пусковым.

Его запускают на короткое время, которое не превышает нескольких секунд. Иногда это делают при помощи кратковременного нажатия пусковой кнопки, а иногда выключение производят автоматически после того, как двигатель стал набирать обороты.

Использование пускового конденсатора особенно важно в тех случаях, когда двигатель нужно запустить под нагрузкой. В этом случае потребуется увеличить стартовый момент в течение первых секунд работы.

В некоторых случаях двигатель запускают с незначительной нагрузкой. В таком случае пусковой конденсатор может не потребоваться. Это применяется для двигателей, мощность которых не превышает 1 квт. Отказ от его использования позволит упростить схему и снизить затраты. Иногда нагрузка может быть связана с особенностями конструкции. В таком случае можно принять меры для её снижения, что облегчит запуск двигателя в дальнейшем.

Что такое конденсатор

Эта деталь содержит две металлических пластины, между которыми находится слой диэлектрика. Когда к пластинам подключают напряжение, на них накапливается заряд. Электрическое находится внутри конденсатора. Оно тем сильнее, чем больший заряд находится на пластинах.

Если отсоединить напряжение от пластин, то конденсатор начинает отдавать заряд. Если используется переменный ток, то полярность напряжения будет периодически меняться. При этом на пластинах будет попеременно то положительный, то отрицательный заряд.

Ёмкость конденсатора является его важнейшей характеристикой. Она характеризует то, сколько энергии он способен пропустить через себя. Её измеряют в фарадах. Поскольку речь идёт об очень большой величине, обычно применяются приставки, которые обозначают, насколько небольшая часть используется. Чаще всего используются микрофарады (такая единицы равны 0,000001 фарады).

Для каждого конденсатора существует номинальное напряжение. При нём эта деталь способна долго и надёжно работать. Обязательно указывается предельная величина наработки, которая выражается в количестве часов.

Существуют различные типы конденсаторов:

• Полярные рассчитаны на использование в цепях постоянного тока. Важной особенностью является необходимость подключения в соответствии с указанной на них полярностью. Они обычно имеют небольшие размеры и относительно большую ёмкость.
• Неполярные могут подключаться независимо от полярности. Их используют в цепях переменного тока. У них размеры больше, чем у полярных.
• Электролитические. В них в качестве пластин используются листы фольги, а диэлектриком является тонкий слой окисла.

Для использования в качестве пускового конденсатора лучше всего подходят электролитические. Их часто используют при частоте переменного тока 50 Гц и напряжении 220-600 вольт. Конденсаторы могут иметь достаточно высокую ёмкость она может составлять сотни тысяч микрофарад.

Эти детали имеют высокую уязвимость к действию перегрева. При нарушении теплового режима они быстро выходят из строя. Неполярные конденсаторы не имеют этого недостатка, однако стоят в несколько раз дороже.

При параллельном подключении ёмкости складываются. В том случае, когда её не хватает, для увеличения можно параллельно подключить дополнительную деталь. В этой ситуации нет необходимости заново собирать пусковую цепь.

Применяются также другие типы конденсаторов. Например, это могут быть вакуумные, жидкостные, газовые и другие. Однако в качестве пусковых конденсаторов их не используют.

Иногда тот конденсатор, который имеется в конструкции, не справляется с запуском. В таком случае его рекомендуется удалить, а вместо него поставить тот, который имеет большую ёмкость. Для маломощных двигателей допустимо, чтобы один конденсатор выполнял функции рабочего и пускового.

Использование полярных конденсаторов в условиях переменного напряжения возможно тогда, когда подключение выполнено через диод. Теперь полярность контактов изменяться не будет. Однако если диод будет неисправен, то деталь выйдет из строя.

Использование асинхронных двигателей

Трёхфазные и однофазные двигатели асинхронного типа активно используются в различных отраслях хозяйства. Для этого имеется несколько причин:

• Простота конструкции.
• Надёжность и долговечность при использовании.
• Для того чтобы запустить мотор, нет необходимости использовать дорогие и дефицитные устройства.
• Мотор не требует слишком частого проведения технического обслуживания.

По внешнему виду можно легко отличить трёхфазные двигатели от однофазных. У первых всегда имеется 6 клемм, а у вторых их количество равно двум или четырём.

У трёхфазных моторов обмотки подключаются двумя способами: звездой или треугольником. Они предполагают использование напряжения, составляющего 380 вольт. Однако в быту оно применяется редко. Чтобы использовать такой мотор, нужно знать, как его правильно подключать.

Это делают с использованием фазосдвигающего конденсатора. Это позволит использовать трёхфазные двигатели при подключении к однофазной сети. В этом случае мощность мотора будет равна 50%-60% от номинальной.

Оптимальность работы трёхфазного двигателя обеспечивается при условии применения переменной ёмкости. Чтобы так сделать, на первом этапе применяют рабочий и пусковой конденсаторы, а на втором — только первый из них.

В быту часто применяются асинхронные однофазные двигатели. Для запуска обычно требуется дополнительная обмотка.

При выборе ёмкости конденсатора необходимо учитывать то, как зависит от неё величина пускового момента. При увеличении этой характеристики, происходит увеличение усилия. При определённом значении оно становится максимальным. После дальнейшего увеличения пусковой момент станет падать.

Какие характеристики учитывают при выборе

Установка конденсатора должна быть сделана строго по соответствующим правилам. Его выбор производится на основе следующей информации:

• Тип двигателя (однофазный или трёхфазный) и способ соединения обмоток (треугольником или звездой).
• Используемая сеть электропитания. В бытовых условиях чаще всего можно встретить 220 в. Также используется напряжение питания 380 в при условии, что сеть трёхфазная. Последний вариант часто применяется в промышленных условиях.
• Мощность двигателя.
• Коэффициент мощности в большинстве случаев равен 0,9.
• Коэффициент полезного действия электродвигателя.

Эти данные можно получить из инструкции по эксплуатации электродвигателя. Данные электросети должны быть доступны из других источников. Для вычислений можно воспользоваться онлайн калькулятором или сделать расчёты самостоятельно.

Существуют дополнительные параметры, которые также необходимо принять во внимание:

• Допустимое отклонение от расчётного значения.
• Температурный диапазон, в котором должно происходить работа детали. Для некоторых разновидностей выход за его пределы может привести к поломке.
• Уровень сопротивления используемого диэлектрика.
• Тангенс угла потерь.

Эти параметры не имеют решающего значения. Поэтому о них часто забывают. Однако, чем тщательнее подобран пусковой конденсатор, тем надёжнее и долговечнее будет происходить работа мотора.

Дополнительно нужно обратить внимание на размер и расположение детали. Обычно с увеличением ёмкости увеличиваются размеры детали. Иногда может быть выбор между марками различных производителей. Нужно выбирать те, которые выпускают более качественные и надёжные детали.

Как выбрать пусковой конденсатор

Чтобы он работал наиболее эффективно, нужно правильно подобрать ёмкость. Для её вычисления используются различные формулы, в зависимости от способа соединения обмоток. Вычисления выполняются следующим образом:

• Нужно определить рабочие ток и напряжение работы двигателя. При проведении вычислений для них применяются обозначения I и U. Величину тока берут из инструкции по эксплуатации для мотора, а в качестве U берут то, которое обеспечивается питающим напряжением.
• Ёмкость определяют по формуле C = (K х I) / U.

Если соединение обмоток выполнено треугольником, используется K = 4800, а при соединении звездой должно быть K = 2800. Результат вычислений представляет собой ёмкость, выраженную в микрофарадах.

При расчётах нужно учитывать номинальный ток. Речь идёт о максимально допустимом рабочем токе в условиях, когда работа двигателя происходит в нормальном режиме. Практически его величина зависит от имеющейся нагрузки. Если её нет, то значение будет минимальным.

Это значение называют током холостого хода. Оно фактически является компенсацией потерь, связанных с потерями энергии в обмотках, диэлектриками, трением и другими аналогичными причинами.

Если постепенно увеличивать нагрузку, то ток будет расти. Затем он достигнет номинального значения. При последующем росте ток будет расти по-прежнему, но обороты начнут падать. Длительное пребывание в этом режиме приведёт к повышенному износу оборудования и к вероятной поломке.

Определить номинальный ток можно не только из инструкции по эксплуатации, но и измерить самостоятельно. В последнем случае его величина будет определена более точно. Такое измерение можно провести следующим образом:

• Отключают конденсаторы.
• Запускают мотор в рабочем режиме.
• При помощи токоизмерительных клещей определяют силу тока.

На основе полученного значения определяют требуемую ёмкость. Затем приобретают нужную деталь и устанавливают её. При этом допускается отклонение от расчётной величины не более, чем на 15%.

При подключении однофазного мотора ёмкость рабочего конденсатора определяют следующим образом. Нужно на каждые 100 ватт номинальной мощности взять по 7 микрофарад. Для пускового ёмкость выбирают в 2-3 раза больше. Однофазные асинхронные моторы часто используются в домашней бытовой технике.

Для этой цели обычно выбирают конденсаторы следующих конструкций:

• металлобумажные, высокочастотные, которые имеют обозначение МБГЧ;
• термостойкие бумажного типа относящиеся к разновидности БГТ;
• бумажные в герметичном металлическом корпусе — КБГ-МН.

Если необходимо обеспечить вращение двигателя в обратном направлении, то потребуется изменить подсоединение к конденсатору. Для этого будет достаточно просто поменять местами клеммы. Если речь идёт о замене уже существующей детали, то удобней всего выбрать её с теми же характеристиками, что и раньше.

В качестве рабочего необходимо использовать неполярный конденсатор, предназначенный для использования с переменным током. Это связано с тем, что в процессе работы будет постоянно меняться полярность. Однако в качестве пускового допустимо использования полярного. Для того, чтобы предотвратить изменение знака напряжения, необходимо подключить эту деталь через диод.

Проверка при установке

После того, как был выбран подходящий пусковой конденсатор, его необходимо проверить. Для этого необходимо выполнить следующие действия:

• Сначала необходимо от электромотора отключить питание.
• Нужно обесточить конденсатор, поскольку на нём мог сохраниться остаточный заряд. Для этого требуется закоротить его обмотки.
• Теперь нужно снять одну из клемм и подключить прибор для измерения ёмкости.
• Щупы подключают к выводам конденсатора. После этого измерительный прибор покажет точное значение ёмкости.

При использовании мультиметра предварительно нужно установить главный переключатель в режим измерения ёмкости.

При проведении расчётов можно использовать упрощённый вариант. Известно, что пусковой ток может превышать номинальный в 3-8 раз. Поэтому можно просто использовать ёмкость в 2-3 раза большую, чем у рабочего конденсатора. Если ёмкости для запуска недостаточно, достаточно просто взять более подходящий конденсатор.

Разница между пусковым и рабочим конденсаторами

Чтобы лучше понимать, для чего нужен пусковой конденсатор, каковы особенности их применения, нужно знать об их различиях. Основными являются следующие:

• У них различное место установки. Рабочий является частью цепи рабочих обмоток двигателя. Пусковой представляет собой часть цепи запуска мотора.
• Конденсаторы различаются тем, когда именно они должны работать. Пусковой включён в цепь в течение первых нескольких секунд после запуска. Затем его отключают в ручном ли автоматическом режиме. Рабочий выполняет свои функции в течение всего того времени, пока работает двигатель.
• У каждого из них имеются свои функции. Пусковой обеспечивает сдвиг фаз между обмотками для обеспечения основного усилия при первоначальном запуске мотора. Рабочий обеспечивает вращение фаз, необходимое для нормальной работы электромотора.
• Для каждого типа конденсаторов различаются требования по рабочему напряжению. Пусковой должен быть рассчитан на такое, которое превышает питающее в 2-3 раза. Рабочий должен быть рассчитан на такое, которое больше поступающего в 1,15 раза.

В обоих случаях чаще всего используют конденсаторы типов МБГО, МБГЧ.

Как влияет величина нагрузки на выбор конденсаторов

Если деталь выбрана в соответствии с приведёнными здесь расчётами, то она хорошо подойдёт при равномерной нагрузке. Примером такой ситуации является работа вентилятора.

Если нагрузка меняется, то в этом случае можно воспользоваться следующей хитростью. Например, можно рассматривать циркулярную пилу, с помощью которой распиливают доски и брёвна. В первом случае очевидно, что нагрузка меньше, а во втором — больше.

Например, если были произведены расчёты по номинальному току и получена ёмкость, равная 10 мкф, то нужно использовать такой рабочий конденсатор при распиливании досок. Для работы с брёвнами его скорее всего будет недостаточно. В этом случае при выполнении работы подключают две таких детали параллельно.

Если этого не сделать, двигатель потеряет мощность. В результате он станет перегреваться и для работы на нём потребуется делать перерывы, чтобы дать мотору остыть.

Наиболее распространённые в России модели

Чаще всего можно встретить в продаже следующие марки:

• Конденсаторы марки СВВ-60 с исполнением в металлизированном полипропиленовом варианте. Они отличаются сравнительно высокой ценой.
• Плёночные марки HTC обладают достаточно высоким уровнем качества, но стоят немного меньше, чем СВВ-60.
• Э92 представляют собой бюджетный вариант пусковых конденсаторов. Они имеют относительно невысокую цену, но в качестве и надёжности уступают предыдущим двум вариантам.

Существует также ряд других моделей, но они распространены в меньшей степени.

Советы по использованию

Определение необходимых характеристик и выбор модели требуют обычно значительных усилий. В связи с этим имеет смысл принять во внимание несколько советов:

• Обязательным является использование пускового конденсатора при работе с моторами большой мощности или в тех случаях, когда приходится запускать вращение вала с нагрузкой.
• Двигатели мощностью меньше 1 квт обычно могут работать без использования пускового конденсатора. Такие моторы часто используются в бытовой технике.

Выполняя подключение пусковой цепи нужно тщательно выполнять все необходимые правила. Ошибка может привести к возникновению поломки или аварийной ситуации.

Заключение

Конденсаторное пусковое подключение полезно использовать в тех случаях, когда мотор находится под нагрузкой и для его запуска требуется значительное усилие. Пусковой конденсатор также полезен при подключении трёхфазного мотора к однофазной электросети. Его ёмкость должна быть рассчитана на основе номинального тока и напряжения сети. Если величина недостаточно, нужно поменять конденсатор тот, который имеет большую мощность.

автор Савина Вероника

Напряжение переменного тока, приложенное к конденсатору

Переменные токи и напряжения изменяются и меняют свое направление со временем. Они широко используются в современных устройствах и электрических системах из-за их многочисленных преимуществ. Цепи в повседневной жизни состоят из сопротивлений, конденсаторов и индуктивностей. Конденсаторы — это устройства, которые накапливают заряды на своих пластинах и хранят заряды. Важно понимать поведение схемы, когда емкость подключена к источнику напряжения.

Напряжение переменного тока на конденсаторе

На приведенном ниже рисунке показана цепь переменного тока. Здесь источник переменного напряжения подключен к конденсатору. Выражение для напряжения от источника напряжения имеет вид v = v _m sin(ωt). Конденсатор – это электрическое устройство, которое накапливает электрическую энергию. Это пассивный электронный компонент с двумя клеммами. Эффект конденсатора известен как емкость. Конденсатор при подключении к источнику напряжения потребляет ток от источника, чтобы заряжаться. Когда конденсатор заряжается, потенциал на его пластинах становится равным потенциалу на аккумуляторе. В этот момент ток перестает течь в конденсатор. Это называется зарядка конденсатора.

В случае включения заряженного конденсатора в цепь, где потенциал на пластинах конденсатора больше, чем потенциал на источнике напряжения. В этом случае конденсатор начинает действовать как источник переменного напряжения. Ток начинает течь от конденсатора и тем самым уменьшать заряд на его пластинах. Это называется разрядкой конденсатора.

В приведенной выше цепи ток будет протекать в течение короткого времени, в течение которого конденсатор заряжается. По мере зарядки ток уменьшается. В ситуациях, когда конденсатор подключен к источнику переменного тока, он регулирует ток, но не полностью предотвращает протекание заряда. Конденсатор поочередно разряжается и заряжается, так как направление тока меняется на противоположное в каждом полупериоде.

В определенное время «t» обозначает заряд конденсатора как «q». Мгновенное напряжение на конденсаторе определяется выражением

Используя правило Кирхгофа,

Поскольку ток постоянно меняется, найти ток. Требуется производная заряда,

Дифференцируя данное уравнение,

⇒

⇒

i = v _m ωC cos(ωt)

003

i = i _м sin(ωt + π/2) 

Здесь i _м = v _м ωC. Это амплитуда колебательного тока. Его также можно переписать как

Это уравнение по сравнению с законом Ома дает 1/ωC ​​как сопротивление. Это называется емкостным сопротивлением и обозначается X _C .

Теперь амплитуда тока становится равной:

i _м =

Размеры емкостного реактивного сопротивления такие же, как сопротивление, а его единицей СИ являются Омы. Интуитивно говоря, емкостное реактивное сопротивление ограничивает ток чисто емкостной цепи так же, как сопротивление ограничивает ток в обычной резистивной цепи.

Предыдущие уравнения показывают, что ток опережает напряжение по фазе. Существует разность фаз π/2. На приведенном ниже рисунке показано изменение напряжения и тока во времени.

Мощность, рассеиваемая в чисто емкостной цепи, может быть получена с использованием мгновенного уравнения мощности: ))(v _m sin(ωt))

⇒ P _c = i _M V _M COS (ωt) SIN (ωT)

⇒ P _C = I _M V _M /2SIN (2 Ом)

Средняя энергия, рассеиваемое в этом случае,

P _av = 0

Примеры задач

Вопрос 1: Конденсатор емкостью 12 пФ подключен к источнику напряжения частотой 50 Гц. Найдите реактивное сопротивление емкости.

Ответ:

Реактивное сопротивление емкости определяется выражением

x _C = 1/ωC ​​

Дано:

F = 50 Гц

C = 12 PF

ω = 2πf

⇒ ω = 2π (50)

⇒ ω = 100π3

. Уравнение,

x _C = 1/ωc

⇒ x _C = 1/(100π × 12 × 10 ^-12 )

⇒ x _C = 1/(12π × 10 ^{— 10} )

⇒ X _C = 0,0265 × 10 ¹⁰

⇒ X _C = 2,65 × 10 ⁸ Ом

Вопрос 2: Конденсатор емкостью 24 пФ подключен к источнику напряжения частотой 50 Гц. Найдите реактивное сопротивление емкости.

Ответ:

Реактирование емкостной работы дается,

x _C = 1/ωC ​​

Дано:

F = 50 Гц

C = 24 PF

ω = 2πf

33

C = 24 PF

ω = 2πf

3

C = 24 PF

ω = 2πf

C = 24 PF

.

⇒ ω = 2π(50)

⇒ ω = 100π

Подставляя значения в уравнение,

x _C = 1/ωc

⇒ x _C = 1/(100π × 24 × 10 ^-12 )

⇒ x _C = 1/(24π × 10 ^–10 )

⇒ X _C  = 0.01325 × 10 ¹⁰

⇒X _C  = 1.325 × 10 ⁸ Ohm

Question 3: A capacitor of 1000 pF is connected to a voltage source given by,  

v = 50sin(20t)

Найдите амплитуду тока.

Ответ:

Реактирование емкостной работы дается,

x _C = 1/ωC ​​

Дано:

ω = 20

C = 10pf

. Заглушка. уравнение,

X _C = 1/ωC ​​

⇒ X _C = 1/(20 × 1000 × 10 ^-12 )

⇒ 90 х )

⇒ X _C = 0,5 × 10 ⁸

⇒ X _C = 5 × 10 ⁷ OHM

Амплитуда тока будет,

I _M = V _M / x _C

⇒ I _M = 50 / (5 × 1008

⇒ I _M = 50 / (5 × 1008

⁷ )

⇒ i _м = 10 ^-6 А

Вопрос 4. В емкостную цепь подается синусоидально изменяющийся ток. Импеданс емкости равен 2 Ом. Найдите мощность, рассеиваемую в цепи, если среднеквадратичное значение напряжения источника равно 45 В. 9

P = VIcos(φ) Фазовый угол будет 90°.

cos(φ) = 0

Подстановка значений в уравнение ,  

v = 50sin(20t)

Найдите амплитуду тока.

Ответ:

Реактирование емкостной работы дается,

x _C = 1/ωC ​​

Дано:

ω = 20

C = 10pf

Подключаем.

X _C = 1/ωC ​​

⇒ X _C = 1/(20 × 10 × 10 ^-12 )

= 9 )

⇒ Х _С = 0,5 × 10 ¹⁰

⇒ x _C = 5 × 10 OHM

Амплитуда тока будет,

I _M = V _M /x _C

тит = 50 / (5 × 10 ⁹ )

⇒ i _м = 10 ^-8 А

понимание емкости в цепях переменного тока

. Конденсаторы, подключенные к синусоиде, могут создавать реактивное сопротивление из-за влияния частоты питания и размера конденсатора. Сегодня вы познакомитесь с емкостью конденсатора в цепях переменного тока. Вы также узнаете о емкостном реактивном сопротивлении.

Read more: Understanding capacitor

Contents

• 1 AC capacitor circuit
  • • 1.0.1 Diagram of AC capacitor circuit:
    • 1.0.2 AC Capacitor Phasor Diagram
• 2 What is a capacitive реактивное сопротивление?
  • 2. 1 Подпишитесь на нашу рассылку новостей
    • 2.1.1 Посмотрите видео ниже, чтобы узнать о емкости и конденсаторе:
  • 2.2 Пожалуйста, поделитесь!

Цепь конденсатора переменного тока

Конденсаторы, подключенные к постоянному напряжению питания постоянного тока, вызывают заряд своих обкладок до тех пор, пока значение напряжения на конденсаторе не сравняется с напряжением, приложенным извне. Этот заряд неопределенно долго удерживается конденсатором, действуя как временное запоминающее устройство, пока сохраняется приложенное напряжение. Пока конденсатор заряжается, в конденсатор протекает электрический ток (I), заставляя пластины удерживать электростатический заряд.

Этот процесс зарядки не является линейным или мгновенным, поскольку сила зарядного тока максимальна, когда пластины конденсатора не заряжены. Также экспоненциально уменьшается со временем, пока конденсатор не будет полностью заряжен. Это связано с тем, что электростатическое поле между пластинами противодействует любым изменениям разности потенциалов на пластинах, равной скорости заряда электрического заряда на пластинах. Емкость C — это свойство конденсатора накапливать заряд на своих обкладках.

Следовательно, зарядный ток конденсатора известен как i = CdV/dt. Конденсатор блокирует поток электронов на свои пластины после полной зарядки. Но если применяется переменный ток или питание переменного тока, конденсатор будет попеременно заряжаться и разряжаться со скоростью, определяемой частотой источника питания. Емкость в цепи переменного тока зависит от частоты, поскольку конденсатор постоянно заряжается и разряжается.

Подробнее: Понимание заряда в конденсаторе

Поскольку поток электронов на пластины конденсатора прямо пропорционален скорости изменения напряжения на его пластинах, конденсаторы в цепях переменного тока любят пропускать ток, когда напряжение на их пластинах постоянно изменяется во времени, например как в сигналах переменного тока. Однако он не любит пропускать ток, когда приложенное напряжение имеет постоянное значение, как в сигнале постоянного тока.

Схема цепи конденсатора переменного тока:

Возьмем приведенную ниже чисто емкостную цепь, конденсатор подключен непосредственно к напряжению питания переменного тока. Конденсатор заряжается и разряжается при увеличении и уменьшении напряжения питания. Ранее мы узнали, что зарядный ток прямо пропорционален скорости изменения напряжения на пластинах. Эта скорость изменения максимальна, когда напряжение питания переходит от положительного полупериода к отрицательному полупериоду или наоборот в точках 0 ⁰ до 180 ⁰ вместе с синусоидой.

Следовательно, наименьшая скорость изменения напряжения возникает, когда синусоида переменного тока пересекает свой максимальный положительный пик (+V _MAX ) и минимальный отрицательный пик (-V _MAX ). Синусоидальное напряжение постоянно в этих двух положениях цикла, поэтому скорость его изменения равна нулю, поэтому dv/dt равно нулю. Это приводит к нулевому изменению тока внутри конденсатора. Следовательно, когда dv/dt = 0, конденсатор будет действовать как разомкнутая цепь, поэтому i = 0,9.0003

Диаграмма вектора конденсатора переменного тока

На приведенной выше диаграмме показано, что при 0 ⁰ скорость изменения напряжения питания увеличивается в положительном направлении. Это приводит к максимальному зарядному току в данный момент времени. Когда приложенное напряжение достигает своего максимального пикового значения на 90 ⁰ в течение очень короткого промежутка времени, напряжение питания не увеличивается и не уменьшается, поэтому ток в цепи не течет.

Также, как напряжение начинает снижаться до нуля при 180 ⁰ наклон напряжения будет отрицательным, так что конденсатор разряжается в отрицательном направлении. В точке 180 ⁰ вдоль линии скорость изменения напряжения снова максимальна, поэтому в этот момент протекает максимальный ток и так далее. Следовательно, мгновенное значение в конденсаторах переменного тока минимально или равно нулю всякий раз, когда приложенное напряжение максимально. Точно так же мгновенное значение тока находится на максимальном или пиковом значении, когда приложенное напряжение минимально или равно нулю.

Приведенная выше форма сигнала показывает, что ток опережает напряжение на ¼ цикла или 90 ⁰ на векторной диаграмме. Вот почему в чисто емкостной цепи; переменное напряжение отстает от тока на 90 ⁰ . Очевидно, что ток, протекающий через емкость в цепях переменного тока, противоположен скорости изменения приложенного напряжения. Как и резисторы, конденсаторы также обеспечивают некоторую форму сопротивления протеканию тока через цепь, но с конденсаторами в цепях переменного тока это называется реактивным сопротивлением или емкостным реактивным сопротивлением. Другими словами, емкость в цепях переменного тока страдает от емкостного реактивного сопротивления.

Теперь давайте разберемся с емкостным сопротивлением!

Что такое емкостное сопротивление?

Емкостное сопротивление в чисто емкостной цепи является сопротивлением току, протекающему только в цепях переменного тока. Как и сопротивление, реактивное сопротивление также измеряется в Омах, но его символ дается в X, чтобы отличить его от чисто резистивного значения. Реактивное сопротивление также применяется к катушкам индуктивности, а также к конденсаторам, но при использовании с конденсаторами его обычно называют емкостным реактивным сопротивлением.

Конденсаторы в цепях переменного тока, их реактивное емкостное сопротивление обозначено символом Xc. Емкостное реактивное сопротивление — это значение сопротивления конденсатора, которое зависит от частоты. Кроме того, емкостное реактивное сопротивление зависит от емкости конденсатора в фарадах и частоты сигнала переменного тока. Ниже приведена формула, используемая для определения емкостного сопротивления:

Где:

F в герцах, а C в фарадах. 2πƒ также можно выразить вместе как греческую букву омега, а ω — для определения угловой частоты.

Согласно приведенной выше формуле, при увеличении частоты или емкости общее емкостное сопротивление будет уменьшаться. Кроме того, когда частота приближается к бесконечности, реактивное сопротивление конденсатора уменьшится до нуля, действуя как идеальный проводник. Но когда частота приближается к нулю или постоянному току, реактивное сопротивление конденсатора будет увеличиваться до бесконечности, действуя как очень большое реактивное сопротивление. Другими словами, емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте для любого заданного значения емкости. Емкостное сопротивление в зависимости от частоты показано ниже:

На приведенной выше диаграмме показано, как емкостное реактивное сопротивление конденсатора уменьшается по мере увеличения частоты на нем. Вот почему емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте. В противоположность протеканию тока электростатический заряд на пластинах (значение его емкости по переменному току) остается постоянным. При этом конденсатору становится легче полностью поглощать изменение заряда на своих обкладках в течение каждого полупериода.

Присоединяйтесь к нашему информационному бюллетеню

Кроме того, по мере увеличения частоты увеличивается ток, протекающий через конденсатор, поскольку увеличивается скорость изменения напряжения на его пластинах. В этот момент мы можем видеть, что при постоянном токе конденсатор имеет бесконечное реактивное сопротивление (разомкнутая цепь), на очень высоких частотах конденсатор имеет нулевое реактивное сопротивление (короткое замыкание).

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать о емкости и конденсаторе:

Это все, что касается этой статьи, в которой обсуждалась емкость в цепях переменного и постоянного тока. Мы также изучили емкостное реактивное сопротивление и рассмотрели некоторые примеры емкости переменного тока. Я надеюсь, что вы получили достаточно чтения, если да, пожалуйста, поделитесь с другими студентами. Спасибо за чтение, увидимся в следующий раз!

Цепи конденсаторов переменного тока и емкостное реактивное сопротивление

Краткое описание

Введение

[adsense1]

Когда на конденсатор подается напряжение постоянного тока, он медленно заряжается и, наконец, достигает полностью заряженного состояния. В этот момент зарядное напряжение конденсатора равно напряжению питания. Здесь конденсатор действует как источник энергии, пока подается напряжение. Конденсаторы не пропускают через себя ток (i) после полной зарядки. Ток, протекающий по цепи, зависит от количества заряда на пластинах конденсатора, а также ток прямо пропорционален скорости изменения напряжения, приложенного к конденсатору. схема. т. е. i = dQ/dt = C dV(t)/dt.

Если к цепи конденсатора приложено напряжение питания переменного тока, то конденсатор непрерывно заряжается и разряжается в зависимости от частоты напряжения питания. Емкость конденсатора в цепях переменного тока зависит от частоты приложенного к нему питающего напряжения. В цепях переменного тока конденсаторы пропускают ток, когда напряжение питания непрерывно изменяется во времени.

Цепь конденсатора переменного тока

В приведенной выше схеме мы заметили, что конденсатор напрямую подключен к напряжению питания переменного тока. Здесь конденсатор постоянно заряжается и разряжается в зависимости от изменения напряжения питания, потому что значение переменного напряжения питания постоянно увеличивается и уменьшается. Все мы знаем, что ток, протекающий по цепи, прямо пропорционален скорости изменения приложенного напряжения.

Здесь зарядный ток имеет высокое значение, если напряжение питания переходит его значение из положительного полупериода в отрицательный полупериод и наоборот. то есть в точках 0 ⁰ и 180 ⁰ в синусоидальном сигнале. Ток через конденсатор имеет минимальное значение, когда напряжение питания в виде синусоиды пересекает свое максимальное или минимальное пиковое значение (Vm). Следовательно, мы можем сказать, что зарядный ток, протекающий через цепь, максимален или минимален в зависимости от уровней напряжения питания в виде синусоиды.

[adsense2]

Векторная диаграмма конденсатора переменного тока

 

Векторная диаграмма конденсатора переменного тока показана на рисунке выше, здесь напряжение и ток представлены в виде синусоидальных волн. На приведенном выше рисунке мы заметили, что при 0 ⁰ зарядный ток достигает своего максимального значения, поскольку напряжение медленно увеличивается в положительном направлении. В точке 90 ⁰ ток через конденсатор не протекает, поскольку в этой точке напряжение питания достигает своего максимального пикового значения.

В точке 180 ⁰  напряжение медленно снижается до нуля, а ток достигает максимального значения в отрицательном направлении. Снова зарядка достигает своего максимального значения на 360 ⁰ , потому что в этот момент напряжение питания имеет минимальное значение.

Из осциллограмм на рисунке выше видно, что ток опережает напряжение на 90 ⁰ . Отсюда можно сказать, что в идеальной конденсаторной цепи переменное напряжение отстает от тока на 90 ⁰ .

Емкостное реактивное сопротивление

Мы знаем, что ток, протекающий через конденсатор, прямо пропорционален скорости изменения приложенного напряжения, но конденсаторы также обладают определенной формой сопротивления потоку тока, как и резисторы. Это сопротивление конденсаторов в цепях переменного тока называется емкостным реактивным сопротивлением или широко известно как реактивное сопротивление. Емкостное реактивное сопротивление — это свойство конденсатора, противодействующее протеканию тока в цепях переменного тока. Оно обозначается символом Xc и измеряется в Омах так же, как сопротивление.

Нам нужна дополнительная энергия по сравнению с емкостным реактивным сопротивлением, чтобы зарядить конденсатор в цепи. Это значение обратно пропорционально значению емкости и частоте питающего напряжения.

Xc∝ 1/c и Xc∝ 1/f.

Уравнение для емкостного сопротивления и параметры, влияющие на него, обсуждаются ниже.

Емкостное реактивное сопротивление,

XC = 1/2πfC = 1/ωC ​​

Здесь,

XC = реактивное сопротивление конденсатора

f = частота в Гц

C = емкость конденсатора в фарадах

ω (омега) = 2πf

Из приведенного выше уравнения мы поняли, что емкостное сопротивление высокое там, где значения частоты и емкости низкие, и на этом этапе конденсатор действует как идеальный резистор. Если частота питающего напряжения высокая, то значение реактивного сопротивления конденсатора низкое, а также на этом этапе конденсатор действует как хороший проводник. Из приведенного выше уравнения ясно, что реактивное сопротивление равно нулю, если частота равна бесконечности, а значение реактивного сопротивления равно бесконечности, когда частота равна нулю.

Зависимость емкостного сопротивления от частоты

На приведенном выше рисунке показано соотношение между емкостным сопротивлением, током и частотой питающего напряжения. Здесь мы заметили, что если частота низкая, реактивное сопротивление высокое. Зарядный ток увеличивается с увеличением частоты, потому что скорость изменения напряжения увеличивается со временем. Реактивное сопротивление имеет бесконечное значение, когда частота равна нулю, и наоборот.

Пример емкости переменного тока №1

Найдите среднеквадратичное значение тока, протекающего через цепь с конденсатором 3 мкФ, подключенным к источнику питания 660 В и 40 Гц.

емкоспорт,

XC = 1/2πfc

Здесь,

F = 40 Гц

C = 3UF

VRMS = 660V

СЕЙЧАС,

XC = 1/(2 × 3,14 × 40HZ × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 40HZ 10 ^-6 ) = 1326 Ом

Irms = Vrms/XC = 660 В/1326 Ом = 497 мА

Пример емкости по переменному току №2

Найдите среднеквадратичное значение тока, протекающего через цепь с конденсатором 5 мкФ, подключенным к источнику питания 5080 В и питающему напряжению 8080 В.

емкостная реактивность,

XC = 1/2πfc

Здесь,

F = 50 Гц

C = 5UF

VRMS = 880V

Сейчас,

xc = 1/(2 × 3,14 × 50HZ × 5 × 5 × 5 × 5 0003

xc = 1/(2 × 3,14 × 50HZ × 50003

xc = 1/(2 × 3,14. 10-6) = 636 Ом

Irms = Vrms/XC = 880 В/636 Ом = 1,38 A

Из приведенных выше двух примеров практически мы заметили, что реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты питающего напряжения и находится в обратно пропорциональной зависимости . В примере 1 реактивное сопротивление составляет 1326 Ом для частоты 40 Гц, но значение реактивного сопротивления уменьшается до 636 Ом, когда частота увеличивается до 50 Гц, что показано в примере 2. Отсюда ясно, что реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте и емкость.

 

Понимание емкости переменного тока при моделировании цепей

Ключевые выводы

• Узнайте, что такое емкость переменного тока

• Узнайте, как работают конденсаторы в цепи переменного тока

• Изучить применение конденсаторов переменного тока в реальных условиях

Емкость переменного тока определяет, как заряжается хранилище конденсаторов.

Вы когда-нибудь взрывали конденсатор? Я сделал, и это было не очень красивое зрелище. В один из первых дней моей работы в электронной промышленности я задался вопросом, что произойдет, если конденсатор подключить к источнику переменного тока. Проблема заключалась в том, что я подключал поляризованный электролитический конденсатор вместо конденсатора переменного тока.

За громким хлопком быстро следует запах грибовидного дыма, вокруг которого разбросаны остатки конденсаторов. Руководителя моей группы не позабавила такая неосторожная ошибка новичка. Однако этот инцидент пробудил во мне интерес к конденсаторам, и я начал добавлять в свой словарь такие термины, как емкость переменного тока.

Что такое емкость переменного тока

Каждый разработчик электроники, вероятно, знаком с конденсаторами. Конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных слоем диэлектрика. Конструкция конденсатора позволяет ему накапливать электрические заряды при подаче напряжения на его клеммы.

Количество заряда, хранящегося в конденсаторе, по сравнению с приложенным напряжением называется емкостью. Емкость измеряется в фарадах (Ф) и определяется по формуле:

Кл = Q/V.

Более высокое значение означает, что конденсатор способен хранить больше электрических зарядов при подаче напряжения. Емкость — это значение, на которое разработчики электроники обращают внимание как в цепях постоянного, так и переменного тока. Однако поведение конденсатора различается в обоих типах цепей.

Реакция конденсатора в цепи переменного тока

Когда неполяризованный конденсатор подключен к источнику переменного тока, он действует как замкнутая цепь, но изменяет фазу напряжения. Когда питание переменного тока включено, положительный цикл будет заряжать конденсатор от одной клеммы до тех пор, пока заряд не станет равным напряжению.

Когда напряжение переменного тока достигает пика и падает, конденсатор начинает разряжаться для поддержания постоянного напряжения. На этом этапе ток течет от конденсатора в другом направлении.

Когда переменное напряжение становится отрицательным, конденсатор заряжается в противоположном направлении. Процесс продолжается до тех пор, пока конденсатор полностью не зарядится отрицательным напряжением. Как только напряжение достигнет своего отрицательного пика, оно изменится на повышательное колебание. Это также запускает цикл разрядки конденсатора переменного тока.

Циклы будут продолжаться до тех пор, пока применяется источник переменного тока. Когда значения напряжения и тока нанесены на график, вы обнаружите, что ток опережает напряжение на фазу 90°.

 

При проектировании с использованием конденсаторов в цепи переменного тока емкость — не единственная переменная, с которой вам необходимо иметь дело. Помимо емкости переменного тока, вам также необходимо понимать, что такое емкостное реактивное сопротивление.

Идеальные конденсаторы сохраняют заряд без утечки. Однако реальные конденсаторы имеют некоторую утечку из-за определенного сопротивления. Сопротивление в конденсаторах называется емкостным реактивным сопротивлением по формуле:

X _C = 1/2πfC

Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте переменного напряжения и емкости. Более высокое значение обоих параметров приведет к меньшему реактивному сопротивлению и, следовательно, к большей утечке.

Применение конденсаторов в цепях переменного тока

Конденсаторы переменного тока широко используются в электронных устройствах. Они используются в асинхронных двигателях с расщепленной фазой для обеспечения лучшего КПД и фазового сдвига на вторичной обмотке. Обычно такие применения можно найти в водяных насосах и кондиционерах.

Конденсаторы переменного тока используются в кондиционерах.

Вы также найдете конденсаторы переменного тока в конструкциях блоков питания. Конденсатор помогает подавлять шумы и регулировать напряжение. Способность конденсатора переменного тока накапливать и снимать заряды повышает эффективность передачи энергии. Системы с индуктивной нагрузкой также выигрывают от использования конденсаторов переменного тока. Емкость переменного тока помогает с коррекцией коэффициента мощности, поскольку она компенсирует отставание по току, вызванное индуктивными нагрузками.

При проектировании с использованием конденсатора переменного тока будет полезно, если вы сможете смоделировать и проанализировать его реакцию с помощью надежного программного обеспечения. PSpice Simulator с точными моделями и симуляциями поможет вам убедиться, что выбранные конденсаторы правильно реагируют в цепи переменного тока.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

Загрузка, подождите

Ошибка — что-то пошло не так!

Хотите последние новости о печатных платах?
Подпишитесь на нашу ежемесячную рассылку новостей

Спасибо!

Часть 3: Конденсатор — скрытая звезда электронных схем — Роль № 2: Блокирование постоянного тока и прохождение переменного тока — пять статей о типах и функциях конденсаторов

Часть 3. Конденсатор — скрытая звезда электронных схем. Роль № 2. Блокировка постоянного тока и пропускание переменного тока.

• фейсбук
• твиттер
• Линкедин

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

В дополнение к накоплению электрических зарядов, конденсаторы обладают важной способностью блокировать постоянный ток при пропускании переменного тока и используются различными способами в электронных схемах. Большинство шумов, вызывающих сбои в работе электронных устройств, представляют собой высокочастотные компоненты переменного тока, присутствующие в токах. Конденсаторы необходимы для подавления шума.
Конденсаторы имеют конструкцию, в которой полюса разделены изолятором (воздухом или диэлектриком). Мы можем понять, что они блокируют постоянный ток, но почему они могут пропускать переменный ток?

Может ли ток течь через диэлектрик (изолятор) конденсатора?

Нетрудно понять, как конденсатор блокирует постоянный ток. Например, если вы подключите конденсатор к сухой батарее — источнику питания постоянного тока — ток будет течь на мгновение, но быстро прекратится. Как только источник питания полностью зарядит конденсатор, постоянный ток через него больше не течет. Поскольку пластины электродов конденсатора разделены изолятором (воздухом или диэлектриком), постоянный ток не может протекать, пока изоляция не разрушится. Другими словами, конденсатор блокирует постоянный ток. Почему же тогда конденсатор пропускает переменный ток?

Изменения в электрических полях эквивалентны протеканию тока

В переменном токе полярность постоянно меняется с положительной на отрицательную. Конденсаторы многократно заряжаются и разряжаются по мере того, как меняется полярность тока, позволяя протекать переменному току.

Давайте объясним это, используя основные законы электромагнетизма. Когда электрический ток течет по проводнику, линии магнитного потока генерируются по часовой стрелке в направлении тока (магнитный эффект электрического тока, открытый Гансом Эрстедом). Когда направление тока меняется на противоположное, меняется и направление линий потока.

Так что же происходит, когда вы подключаете конденсатор к источнику переменного тока? При изменении направления тока изменяется и направление электрического поля, создаваемого между электродными пластинами конденсатора. Осциллирующие электрические поля генерируют осциллирующие магнитные поля, которые считаются эквивалентными протеканию электрического тока (теории электромагнетизма Джеймса Максвелла). Поэтому допустимо считать, что переменный ток «течет» внутри диэлектрика конденсатора, хотя диэлектрик является изолятором. Так мы объясняем способность конденсаторов «проводить» переменный ток. Однако это не означает, что ток течет через диэлектрик конденсатора так же, как он течет по проводнику. Точнее, ток, протекающий через проводник, называется кондуктивным током, а ток, протекающий через изолятор, называется током смещения.

Конденсаторы легче пропускают переменный ток на более высоких частотах

Напряжение ( В ) = Сопротивление ( R ) x Ток ( I ). Это знаменитый закон Ома, который мы изучаем на уроках естествознания в школе. Закон также распространяется на переменный ток, протекающий через резистор. Конденсатор также ведет себя как резистор по отношению к переменному току — свойство, известное как емкостное реактивное сопротивление. Однако конденсатор не проводит все формы переменного тока одинаково: его емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте переменного тока.

Емкостное реактивное сопротивление ( Xc ) выражается как 1 / (2πfC) , где f — частота переменного тока, а C — емкость конденсатора. Другими словами, чем выше частота и чем больше емкость, тем меньше сопротивление (емкостное сопротивление) переменному току и, следовательно, тем легче проходит ток.

Причина, по которой конденсаторы используются для подавления шума

Конденсаторы, используемые для шумоподавления, лучше пропускают высокочастотные переменные токи. Поскольку шум в значительной степени представляет собой набор переменных токов на высоких частотах, компонент, который плавно передает высокие частоты, может быть использован для уменьшения шума.

Например, при включении люминесцентного светильника в радио может быть слышен шум. Для освещения люминесцентной лампы требуется высокое напряжение (называемое ударным напряжением); он создается катушкой балласта и повторяющимся размыканием и замыканием контактов стартера выключателя накаливания. Когда свет включается и стартер начинает открываться и закрываться, ток течет и быстро останавливается. К таким резким изменениям относятся токи высокой частоты, которые мешают радиоприему и вызывают слышимые шумы. Чтобы облегчить проблему, параллельно пускателю подключен конденсатор для подавления помех. Неотъемлемое свойство конденсатора направляет шумы через конденсатор, уменьшая их внешнюю утечку.

Однако существует множество различных типов шума, и конденсаторы не могут устранить их все. Особенно в цепях, которые работают с небольшими токами и низкими напряжениями, шум может вызвать неисправности или даже повреждения. Вот почему принимается сложный набор мер противодействия шуму, таких как использование шумовых фильтров в сочетании с катушками индуктивности и электромагнитным экранированием.

Разнообразные LC-фильтры состоят из катушек индуктивности и конденсаторов

В электронных схемах свойство конденсаторов более плавно пропускать высокочастотные переменные токи используется множеством способов. Наиболее простой формой является схема, которая сочетает в себе конденсатор и резистор.

В цепи, когда конденсатор соединен параллельно, а резистор последовательно, высокочастотные компоненты переменного тока текут в землю (землю). Такое поведение по сути фильтр нижних частот (ФНЧ) , отсекающий высокочастотные компоненты и пропускающий низкочастотные компоненты (см. левую часть рисунка ниже).

И наоборот, когда конденсатор соединен последовательно, а резистор параллельно, компоненты постоянного тока блокируются, в то время как высокочастотные компоненты переменного тока проходят через цепь, эффективно создавая фильтр верхних частот (ФВЧ) , который обрезает низкие частоты. частотные компоненты и пропускает более высокие частоты (см. правую часть рисунка ниже).

В реальных ФНЧ и ФВЧ катушки индуктивности (катушки) используются вместо резисторов для улучшения частотных характеристик и получения более крутых кривых отклика. Все вместе они называются LC-фильтрами, включая полосовые фильтры (BPF) , которые пропускают только определенные диапазоны частот, потому что все они сочетают в себе катушки индуктивности (обозначаются как L ) и конденсаторы ( C ).

 

Конденсаторы связи, байпаса и развязки

В схемах, включающих ИС, широко используются конденсаторы, позиционируемые как конденсаторы связи, шунтирующие конденсаторы и конденсаторы развязки.

На рисунке ниже показан пример обычной аналоговой схемы, в которой ток усиливается транзистором — ток слабого сигнала (AC) накладывается на постоянное напряжение и подается на следующий каскад. Однако, поскольку отдельные блоки схемы имеют разные условия работы, необходимо пропускать только сигнальный ток, блокируя постоянный ток, поэтому используется конденсатор. Это использование называется конденсатором связи.

Шунтирующий конденсатор используется для направления (шунтирования) помех и других компонентов переменного тока на землю. На схеме ниже он расположен между питанием и землей. Он обходит помехи, наложенные на источник питания постоянного тока, и подает стабильное напряжение на транзистор. Если напряжение, подаваемое на микросхему, колеблется, поведение схемы может стать нестабильным. Чтобы предотвратить это, между выводом питания микросхемы и землей помещается конденсатор (см. рисунок ниже). Это также пример обходного конденсатора. Его также называют развязывающим конденсатором, поскольку он отделяет переменный ток от постоянного, позволяя проходить только постоянному току. Иногда для улучшения характеристик в широком диапазоне частот конденсатор большой емкости подключают параллельно многослойному керамическому чип-конденсатору с устойчивыми высокочастотными характеристиками.

Новичкам может показаться, что терминология в этой статье трудна для понимания, но не стоит заморачиваться. Все они являются приложениями одного и того же основного свойства конденсатора: блокировать постоянный ток, позволяя пропускать переменный ток, и легче на более высоких частотах.

При этом в высокочастотном диапазоне резистивная и индуктивная (катушка) составляющие проводки и внутренних электродов становятся заметными, а сам конденсатор начинает вести себя как LC-фильтр. Другими словами, конденсатор показывает другое лицо в высокочастотной области — предмет, который мы рассмотрим в следующей статье.

Конденсаторы

для приложений переменного или постоянного тока Конденсаторы

для приложений переменного или постоянного тока — UPE Inc.

Перейти к содержимому

Понедельник — пятница: с 8:00 до 17:00

Серия E50

Конденсаторы постоянного тока с малой индуктивностью
0681

Конденсатор E50 (PK16™) может универсально использоваться для сборки буферных цепей постоянного тока с низкой индуктивностью и фильтров промежуточного контура; благодаря своей высокой плотности энергии он может заменить батареи последовательно соединенных электролитических конденсаторов, а также большие пленочные конденсаторы в прямоугольных корпусах. Благодаря компактному цилиндрическому алюминиевому (N1/N5) или пластиковому (N4) корпусу этот конденсатор идеально подходит как для электрических, так и для механических требований высокоскоростных IGBT-преобразователей.

Его прочные клеммы и крепкая фиксирующая шпилька обеспечивают очень простой и надежный монтаж, который сочетает в себе самую низкую индуктивность и самую высокую силу тока.

E51 Series

Осевая низкоиндуктивная DC или AC/DC-капациторы
1300 В постоянного тока до 50 000 В пост. в первую очередь подходят для использования в буферных цепях с низкой индуктивностью с более высокими напряжениями, а также в разрядных цепях, и они подходят для использования в силовой электронике в целом.

Несмотря на высокое номинальное напряжение, изготавливаются по сухой технологии и без дорогостоящих вводов. Внутри корпуса, изготовленного из самозатухающего пластика, конденсаторный элемент заключен в твердую смолу (PUR). Подключение осуществляется через прочные клеммы с внутренней резьбой. Наряду с очень хорошим отношением емкости к объему, эти конденсаторы также обладают высокой силой импульса и очень хорошими характеристиками самовосстановления без потери емкости.

Скачать брошюру

E53 Series

Радиальная и осевая низкоиндуктивная AC / DC-капациторы
280 В переменного тока до 2100 Вак / 550 В постоянного тока 5000 В. сопротивление и высокая сила импульса; они особенно подходят для буферных цепей с низкой индуктивностью и высокими среднеквадратичными значениями тока, а также для демпфирования тиристоров GTO.

Наряду с очень хорошим отношением емкости к объему, эти конденсаторы также обладают очень хорошими характеристиками самовосстановления без потери емкости. Их очень низкая собственная индуктивность делает их пригодными для использования в сильноточных приложениях со средними частотами.

Скачать брошюру

E56 & E59 Series

DC-Link/DC-фильтр-конденсаторы в прямоугольном корпусе
до 25 000 В.Д. пленок и покрытий, используемых в наших конденсаторах Е56/Е59, они сочетают в себе большую емкость, низкую собственную индуктивность и способность выдерживать высокие импульсные токи (до 750 кА), а также возможность работы с высокими среднеквадратичными значениями тока (до 1000 А). Специальные плоские клеммы дополнительно снижают самоиндукцию.

Эти конденсаторы имеют высокое удельное отношение емкости к объему. В то же время они чрезвычайно устойчивы к перенапряжению. Конденсаторы помещены в стальные или алюминиевые корпуса, заполненные твердой смолой, т. е. полностью сухие и герметичные. Даже при высоких рабочих температурах и после повышенного количества самовосстанавливающихся пробоев емкость остается стабильной.

Загрузить брошюру

Серия E57

Конденсаторы DC-link/DC-Filter в прямоугольном пластиковом корпусе
Рабочая температура до 105°C

Эта серия была создана специально для применения в автомобильной промышленности, где ключевым требованием часто являются высокое рабочее напряжение и очень компактная конструкция.

Загрузить брошюру

Серия E61

Конденсаторы постоянного тока с низкой индуктивностью для монтажа на печатной плате
От 500 В до 1300 В, до 260 мкФ, Irms до 35 А на конденсатор Модельный ряд PK16™, но подготовленный для непосредственного монтажа на печатных платах. Функции и преимущества такие же, как и у PK16™, только в меньшем масштабе.

Серия E62

AC/DC-конденсаторы общего назначения
От 420 до 5000 В переменного тока

Благодаря высокой нагрузочной способности переменного напряжения и исключительной пригодности для высоких среднеквадратичных значений и импульсных токов, конденсаторы серии E62 широко используются в приложений силовой электроники.

Заполненные жидкой смолой на растительной основе, эти конденсаторы имеют высокое удельное отношение емкости к объему. Очень хорошие характеристики самовосстановления и встроенная защита от избыточного давления (размыкающий механизм) обеспечивают безопасную работу и контролируемое отключение в случае перегрузки или отказа в конце срока службы. Все конструкции с металлической крышкой могут быть выполнены в том же размере и исполнении, что и E65 с газовым наполнением.

Загрузить брошюру

Серия E63

Конденсаторы постоянного тока общего назначения
От 800 В до 6300 В пост. тока, до 1800 мкФ действующие токи.

Заполненные жидкой смолой на растительной основе, эти конденсаторы имеют высокое удельное отношение емкости к объему. В то же время они чрезвычайно устойчивы к перенапряжению. Очень хорошие характеристики самовосстановления и встроенная защита от избыточного давления (размыкающий механизм) обеспечивают безопасную работу и контролируемое отключение в случае перегрузки или отказа в конце срока службы.

Скачать брошюру

E62-3PH/276 (275) серия

Трифазные конденсаторы AC-фильтра
640VAC до 1700 В (450VRMS до1200VRMS), которые были предназначены для 3 x 200 мкф

специально для фильтрации гармоник в трехфазных сетях, отличаются высокой нагрузочной способностью переменного напряжения и подходят для высоких среднеквадратичных значений и импульсных токов. Благодаря своей конструкции они имеют очень низкое последовательное сопротивление и низкую собственную индуктивность.

Три емкостных элемента соединены треугольником внутри; заливка жидкой смолой служит для улучшения отвода тепла. Защищенные от прикосновения винтовые клеммы конструкций CAPAGRIPTM K, L и M (степень защиты IP20) упрощают подключение.

Загрузить брошюру

Серия E70

Самовосстанавливающиеся конденсаторы для индукционных печей
От 400 В до 800 В, до 230 кВАр

Коррекция коэффициента мощности в печах / с0003

Загрузить брошюру

Серия E90

Самовосстанавливающиеся конденсаторы среднего напряжения сухого типа
От 3000 до 12000 В (среднеквадратичное значение), до 400 кВАр (3 фазы) Эти чрезвычайно долговечные и самовосстанавливающиеся конденсаторы.