Использование конденсаторов

Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов обкладок, разделённых диэлектриком и предназначенный для использования его ёмкости. Ёмкость конденсатора — есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору.

В качестве диэлектрика в конденсаторах используются органические и неорганические материалы, в том числе оксидные плёнки некоторых металлов. При приложении к конденсатору постоянного напряжения происходит его заряд; при этом затрачивается определённая работа, выражаемая в джоулях.

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.Конденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.

В вторичных источниках электропитания конденсаторы применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

В промышленной электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших гармоник.

Конденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряжённость на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частиц или для создания кратковременных мощных электрических разрядов.

Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора. ИП влажности воздуха, древесины (изменение состава диэлектрика приводит к изменению ёмкости).

Измерителя уровня жидкости. Непроводящая жидкость заполняет пространство между обкладками конденсатора, и ёмкость конденсатора меняется в зависимости от уровня.

Фазосдвигающего конденсатора. Такой конденсатор необходим для пуска, а в некоторых случаях и работы однофазных асинхронных двигателей. Также он может применяться для пуска и работы трёхфазных асинхронных двигателей при питании от однофазного напряжения.

Аккумуляторов электрической энергии. В этом случае на обкладках конденсатора должно быть достаточно постоянное значения напряжения и тока разряда. При этом сам разряд должен быть значительным по времени.

В настоящее время идут опытные разработки электромобилей и гибридов с применением конденсаторов. Также существуют некоторые модели трамваев, в которых конденсаторы применяются для питания тяговых электродвигателей при движении по обесточенным участкам.

Классификация конденсаторов.

Рисунок 1.

Условное обозначение на схемах.

Взависимости от назначения конденсаторы разделяются на две большие группы: общего и специального назначения.

Группа общего назначения включает в себя широко применяемые конденсаторы, используемые в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ней относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования.

Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др.

В зависимости от способа монтажа конденсаторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа, а также в составе микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними. Выводы конденсаторов для навесного монтажа могут быть жёсткие или мягкие, аксиальные или радиальные из проволоки круглого сечения или ленты, в виде лепестков, с кабельным вводом, в виде проходных шпилек, опорных винтов и т. п.

По характеру защиты от внешних воздействий конденсаторы выполняются: незащищёнными, защищёнными, неизолированными, изолированными, уплотнёнными и герметизированными.

Незащищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности только в составе герметизированной аппаратуры. Защищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в аппаратуре любого конструктивного исполнения. Неизолированные конденсаторы (с покрытием или без него) не допускают касаний своим корпусом шасси аппаратуры. Изолированные конденсаторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие и допускают касания корпусом шасси аппаратуры. Уплотнённые конденсаторы имеют уплотнённую органическими материалами конструкцию корпуса. Герметизированные конденсаторы имеют герметичную конструкцию корпуса, который исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация производится с помощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб. По виду диэлектрика все конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком.

Применение конденсаторов. Конденсатор пассивный

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

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

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

Применение конденсаторов в различных областях промышленного производства

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

С нетерпением ждём Ваших предложений по скупке конденсаторов!

Практические аспекты применения конденсаторов

Добавлено 11 декабря 2019 в 00:19

Сохранить или поделиться

Конденсаторы, как и все электрические компоненты, имеют ограничения, которые необходимо учитывать для надежности и правильной работы схемы.

Рабочее напряжение конденсатора

Рабочее напряжение: поскольку конденсаторы представляют собой не более чем два проводника, разделенных изолятором (диэлектриком), вы должны обратить внимание на максимально допустимое на нем напряжение. Если приложено слишком высокое напряжение, номинальное значение «пробоя» диэлектрического материала может быть превышено, что приведет к внутреннему короткому замыканию конденсатора.

Полярность конденсатора

Полярность: некоторые конденсаторы изготавливаются таким образом, что они могут выдерживать приложенное напряжение только одной полярности, но не другой. Это связано с их конструкцией: диэлектрик представляет собой микроскопически тонкий слой изоляции, нанесенный во время изготовления на одну из пластин с помощью постоянного напряжения. Они называются электролитическими конденсаторами, и их полярность четко обозначена.

Рисунок 1 – Полярность конденсатора

Изменение полярности напряжения на электролитическом конденсаторе может привести к разрушению этого сверхтонкого диэлектрического слоя, что приведет к разрушению устройства. Однако толщина этого диэлектрика позволяет получать чрезвычайно высокие значения емкости при относительно небольшом размере корпуса. По той же причине электролитические конденсаторы имеют тенденцию иметь низкое номинальное напряжение по сравнению с другими типами конструкций конденсаторов.

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!

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».

Оригинал статьи:

Теги

Алюминиевый электролитический конденсаторКерамический конденсаторКонденсаторТипы конденсаторовЭлектролитический конденсаторЭлектронные компоненты

Сохранить или поделиться

Силовые конденсаторы. Характеристики и применение

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

Силовые конденсаторы

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

Виды

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

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

Конденсаторы для установок промышленной частоты

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

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

Конденсаторы для установок повышенной частоты

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

Конденсаторы связи, отбора мощности и измерения напряжения

Для обеспечения стабильной емкостной составляющей связи по ЛЭП, для телемеханизации и защиты в широком диапазоне частот от 36 до 750 кГц используют приборы в изолированных фарфоровых корпусах с изолированным диэлектриком из пропитанной минеральным маслом конденсаторной бумаги, классом напряжения 36 до 500 кВ. Силовые конденсаторы напряжением 500 кВ применяются также для измерения напряжения на ЛЭП и отбора мощности для обеспечения электроэнергией пунктов переключения и управления, которые специально располагаются вдоль линий электропередачи высокого напряжения.

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

Фильтровые и импульсные конденсаторы

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

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

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

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

Генератор импульсных напряжений сети применяют в основном для электрогидравлических установок, использующих электрический разряд в технологических целях, обусловленными специальными условиями производства или технологического процесса. Такие генераторы имеют исполнение на напряжение сети 380, 400, 415, 440 В. Номинальное напряжение выхода составляет 50 кВ, полная выходная мощность 18 кВт, коэффициент реактивной мощности 0,73.

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