Электроемкость. Конденсаторы
Что такое электроемкость проводников
Если у нас есть два проводника, изолированных друг от друга, которым мы сообщаем некоторые заряды (обозначим их соответственно q1 и q2), то между ними возникнет определенная разность потенциалов. Ее величина будет зависеть от формы проводников, а также от исходных величин зарядов. Обозначим такую разность Δφ. Если мы говорим о разности, возникающей в электрическом поле между двумя точками, то ее обычно обозначают U.
В рамках темы данной статьи нам больше всего интересна такая разность потенциалов между проводниками, когда их заряды противоположны по знаку, но равны друг другу по модулю. В таком случае мы можем ввести новое понятие – электрическая емкость (электроемкость).
Определение 1Электрической емкостью системы, состоящей из двух проводников, называется отношение заряда одного проводника (q) к разности потенциалов между этими двумя проводниками.
В виде формулы это записывается так: C=q∆φ=qU.
Для измерения электрической емкости применяется единица, называемая
1Φ=1 Кл1 В.
Конфигурации и размеры проводников, а также свойства диэлектрика определяют величину электроемкости заданной системы. Наибольший интерес для нас представляют проводники особой формы, называемые конденсаторами.
Определение 2Конденсатор – это проводник, конфигурация которого позволяет локализовать (сосредотачивать) электрическое поле в одной выделенной части пространства. Проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками.
Определение 3Если мы возьмем две плоские пластины из проводящего материала, расположим их на небольшом расстоянии друг от друга и проложим между ними слой диэлектрика, то мы получим простейший конденсатор, называемый плоским. При его работе электрическое поле будет располагаться преимущественно в промежутке между пластинами, но небольшая часть этого поля будет рассеиваться вокруг них.
Часть электрического поля вблизи конденсатора называется полем рассеяния.
Иногда в задачах мы можем не учитывать его и работать только с той частью электрического поля, которое расположено между обкладками. Однако пренебрегать полем рассеяния допустимо далеко не всегда, поскольку это может привести к ошибочным расчетам из-за нарушения потенциального характера электрического поля.
Рисунок 1.6.1. Электрическое поле в плоском конденсаторе.
Рисунок 1.6.2. Электрическое поле конденсатора без учета поля рассеяния, не обладающее потенциальностью.
Модуль напряженности электрического поля, которое создает каждая обкладка в плоском конденсаторе, выражается соотношением следующего вида:
E1=σ2ε0.
Исходя из принципа суперпозиции, можно утверждать, что напряженность E→ поля, которое создают обе пластины конденсатора, будет равна сумме напряженностей E+→ и E-→ полей каждой пластины, то есть E→=E+→+E-→.
Векторы напряженностей обеих пластин во внутренней части конденсатора будут параллельны друг другу. Значит, мы можем выразить модуль напряженности их суммарного поля в виде формулы E=2E1=σε0.
Как рассчитать электроемкость конденсатора
Вне пластин векторы напряженности будут направлены в противоположные друг от друга стороны, значит, E будет равно нулю. Если мы обозначим заряд каждой обкладки как q, а ее площадь как S, то соотношение qS даст нам представление о поверхностной плотности. Умножив E на расстояние между обкладками (d), мы получим разность потенциалов между пластинами в однородном электрическом поле. Теперь возьмем оба этих соотношения и выведем из них формулу, по которой может быть рассчитана электрическая емкость конденсатора.
C=q∆φ=σ·SE·d=ε0Sd.
Определение 5Электрическая емкость плоского конденсатора – величина, обратно пропорциональная расстоянию между обкладками и прямо пропорциональная их площади.
Заполнение пространства между проводниками диэлектрическим материалом может увеличить электроемкость плоского конденсатора в число раз, кратное undefined.
Определение 6Введем обозначение емкости в виде буквы С и запишем это в виде формулы:
C=εε0Sd.
Данная формула называется формулой электроемкости плоского конденсатора
Конденсаторы бывают не только плоскими. Возможны и другие конфигурации, также обладающие специфическими свойствами.
Определение 7Сферическим конденсатором называется система из 2-х концентрических сфер, сделанных из проводящего материала, радиусы которых равны R1 и R2 соответственно.
Определение 8Цилиндрическим конденсатором называется системы из двух проводников цилиндрической формы, длина которых равна L, а радиусы R1 и R2.
Обозначим проницаемость диэлектрического материала как ε и запишем формулы, по которым можно найти электрическую емкость конденсаторов:
- C=4πε0εR1R2R2-R1(сферический конденсатор),
- C=2πε0εLlnR2R1(цилиндрический конденсатор).
Как рассчитать электроемкость батареи конденсаторов
Определение 9Способы соединения могут быть разными. Если соединение будет параллельным, то напряжение всех конденсаторов в системе будет одинаково: U1=U2 =U, а заряды можно найти по формулам q1=С1U и q2=C2U. При таком соединении вся система может считаться одним конденсатором, электроемкость которого равна C, заряд – q=q1+q2, а напряжение – U. В виде формулы это выглядит так:
С=q1+q2U или C=C1+C2
Определение 10Если в батарее конденсаторов элементы соединены параллельно, то для нахождения общей электроемкости нам нужно сложить емкости ее отдельных элементов.
Рисунок 1.6.3. Конденсаторы, соединенные параллельно. C=C1+C2
Рисунок 1.6.4. Конденсаторы, соединенные последовательно: 1C=1C1+1C2
Если же батарея состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, то заряды обоих будут одинаковы: q1=q2=q. Найти их напряжения можно так: U1=qC1 и U2=qC2. Такую систему тоже можно считать одним конденсатором, заряд которого равен q, а напряжение U=U1+U2.
C=qU1+U2 или 1C=1C1+1C2
Определение 11Если конденсаторы в батарее соединены последовательно, то для нахождения общей электроемкости нам нужно сложить величины, обратные емкостям каждого из них.
Справедливость обеих формул, приведенных выше, не зависит от количества конденсаторов в батарее.
Рисунок 1.6.5. Смоделированное электрическое поле плоского конденсатора.
Электроемкость. Конденсаторы — презентация онлайн
Похожие презентации:
Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов
Газовая хроматография
Геофизические исследования скважин
Искусственные алмазы
Трансформаторы тока и напряжения
Транзисторы
Воздушные и кабельные линии электропередач
Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса
Магнитные аномалии
Нанотехнологии
1. Электроемкость. Конденсаторы.
10 классУчитель: Курочкина Н.А.
2. Электроемкость –
физическая величина,которая характеризует
способность двух
проводников накапливать
электрический заряд.
3. Электроемкостью
двух проводников называютотношение заряда одного из
проводников к разности
потенциалов между ними.
q
С=
U
4. [С] = 1Ф (фарад)
! Электроемкость двух проводниковчисленно равна единице, если при
сообщении им зарядов +1 Кл и -1 Кл
между ними возникает разность
потенциалов 1В.
5. ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ не зависит от q и U
от геометрическихразмеров проводников
от формы проводников и
их взаимного расположения
от электрических свойств
среды между проводниками
Зависит
6. Конденсатор
представляет собой два проводника(обкладки), разделенных слоем
диэлектрика, толщина которого
мала по сравнению с размерами
проводников.
7. Обозначение
Обозначениепо ГОСТ 2.728-74
Описание
Конденсатор постоянной
ёмкости
Поляризованный
конденсатор
Подстроечный конденсатор
переменной ёмкости
Все электрическое поле
сосредоточено внутри
конденсатора.
Заряд конденсатора — это
абсолютное значение заряда одной
из обкладок конденсатора.
9. Виды конденсаторов:
1. по виду диэлектрика: воздушные,слюдяные, керамические,
электролитические.
2. по форме обкладок: плоские,
сферические, цилиндрические.
3. по величине емкости: постоянные,
переменные (подстроечные).
Слева —
конденсаторы для
поверхностного
монтажа;
справа —
конденсаторы для
объёмного монтажа;
сверху — керамические;
снизу — электролитические.
Керамический
подстроечный
конденсатор
Плёночный
конденсатор для
навесного
монтажа
12. Электроемкость плоского конденсатора
прямо пропорциональна площадипластин (обкладок) и обратно
пропорциональна расстоянию
между ними.
S
ε0 = 8,85·10-12 Ф/м –
электрическая постоянная
ε – диэлектрическая
постоянная вещества.
14. Электроемкости других конденсаторов.
15. Параллельное соединение конденсаторов.
C = C1 + C216. Последовательное соединение конденсаторов.
17. Энергия заряженного конденсатора
qUW
2
CU
2
2
2
q
2C
W – энергия заряженного конденсатора
(энергия электрического поля), Дж
q — заряд пластины конденсатора, Кл
U — разность потенциалов, В
С – электроемкость конденсатора, Ф
18. Домашнее задание.
§§97 – 98,А1-А2 с.326
English Русский Правила
Конденсаторы — Сохраненная энергия
Engineering ToolBox — Ресурсы, инструменты и базовая информация для проектирования и проектирования технических приложений!
Потенциальная мощность и энергия, хранящиеся в конденсаторах.
Рекламные ссылки
Конденсатор — накопленная энергия
Работа, совершаемая для создания электрического поля в конденсаторе, и, следовательно, количество запасенной энергии, может быть выражена как
Вт = 1/2 C U 900 17 2 (1)
где
Вт = накопленная энергия или работа, выполненная при создании электрического поля (джоули, Дж)
C = емкость (фарад, Ф, мкФ )
U = разность потенциалов (напряжение, В)
Конденсатор — мощность, генерируемая
Поскольку мощность — это энергия, рассеиваемая во времени, потенциальная мощность, генерируемая конденсатором, может быть выражена как
P = dW / dt (2)
где
P = потенциальная мощность (Вт, Вт)
90 019dt = время рассеяния (с)
Пример — конденсатор, накопленная и выработанная энергия
Энергия, запасенная в конденсаторе 10 мкФ , заряженном до 230 В , может быть рассчитана как
Вт = 1/2 (10 10 -6 Ф) (230 В) 2
= 0,26 Дж
теоретически — если эта энергия рассеивается в течение 5 мкс , генерируемая потенциальная мощность может быть рассчитана как
P = ( 0,26 Дж) / (5 10 -6 s)
= 52000 Вт
= 52 кВт
Имейте в виду, что в любой реальной цепи разряд начинается с пикового значения и затем снижается. Рассеиваемая энергия представляет собой очень грубую среднюю мощность за импульс разряда.
Конденсатор — время разрядки при нагрузке постоянной мощности
Время разрядки конденсатора при нагрузке постоянной мощности можно выразить следующим образом: 2 ) / P (3)
где
dt = время разряда (с)
U с 9 0116 = начальное напряжение (В)
U f = конечное напряжение ( В)
Рекламные ссылки
Похожие темы
Электрика
Электрические блоки, усилители и электропроводка, калибр проводов и AWG, электрические формулы и двигатели.Окружающая среда
Климат, метеорология, солнце, ветер и инженерные ресурсы, связанные с окружающей средой.
Связанные документы
Конденсаторы
Конденсаторы и емкость — заряд и единица заряда.Конденсаторы – параллельные и последовательные соединения
Цепи конденсаторов, соединенные параллельно и последовательно.Плотность накопления энергии
Плотность энергии — по весу и объему — для некоторых способов накопления энергииГидраты солей — точки плавления и скрытая энергия
Температуры плавления и скрытая энергия гидратов солей.
Рекламные ссылки
Engineering ToolBox — Расширение SketchUp — 3D-моделирование онлайн!
Добавляйте стандартные и настраиваемые параметрические компоненты, такие как балки с полками, пиломатериалы, трубопроводы, лестницы и т. д., в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox — расширение SketchUp, которое можно использовать с потрясающими, интересными и бесплатными приложениями SketchUp Make и SketchUp Pro. . Добавьте расширение Engineering ToolBox в свой SketchUp из хранилища расширений SketchUp Pro Sketchup!
Перевести
О Engineering ToolBox!
Мы не собираем информацию от наших пользователей. Подробнее о
- Политика конфиденциальности Engineering ToolBox
Реклама в ToolBox
Если вы хотите рекламировать свои продукты или услуги в Engineering ToolBox, используйте Google Adwords. Вы можете настроить таргетинг на Engineering ToolBox с помощью управляемых мест размещения AdWords.
Цитирование
Эту страницу можно цитировать как
- Инженерный набор инструментов (2008 г.). Конденсаторы — накопленная энергия . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engineeringtoolbox.com/capacitors-energy-power-d_1389.html [День, месяц, год].
Изменить дату доступа.
. .закрыть
Сделать ярлык на главный экран?
Что такое силовой конденсатор?
Силовые конденсаторы — это конденсаторы, используемые в энергосистемах и электрооборудовании. Любые два куска металлических проводников разделены изолирующей средой, образуя конденсатор. Размер конденсатора определяется его размером и характеристиками изолирующей среды между двумя пластинами.
Ⅰ Классификация силовых конденсаторов
Силовые конденсаторы можно разделить на 8 типов в зависимости от их назначения:
①Параллельный конденсатор. Первоначально назывался фазосдвигающим конденсатором. Он в основном используется для компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки энергосистемы для увеличения коэффициента мощности, улучшения качества напряжения и снижения потерь в линии.
②Последовательный конденсатор. Он последовательно подключается к высоковольтным линиям передачи и распределения промышленной частоты, чтобы компенсировать распределенную индуктивность линии, улучшить статическую и динамическую стабильность системы, улучшить качество напряжения линии, увеличить расстояние передачи мощности и увеличить передачу. емкость.
③Конденсатор связи. В основном используются для высокочастотной связи, измерения, контроля, защиты высоковольтных линий электропередач, а также в качестве компонентов в устройствах для извлечения электрической энергии.
④Конденсатор прерывателя цепи. Ранее известный как конденсатор для выравнивания напряжения. Параллельное соединение на изломе автоматического выключателя сверхвысокого напряжения имеет эффект выравнивания напряжения, так что напряжение между изломами является одинаковым в процессе отключения, и может улучшить характеристики гашения дуги автоматического выключателя и увеличить разрыв. емкость.
⑤Электрический нагревательный конденсатор. Применяется в системах электрообогрева с частотой от 40 до 24000 Гц для повышения коэффициента мощности и улучшения вольт-амперных или частотных характеристик контура.
⑥Импульсный конденсатор. Он в основном используется для хранения энергии и используется в качестве основных компонентов хранения энергии, таких как генератор импульсного напряжения, генератор импульсного тока и колебательный контур для проверки автоматического выключателя.
⑦Конденсаторы постоянного тока и фильтрующие конденсаторы. Используется в высоковольтных устройствах постоянного тока и фильтрах высоковольтных выпрямителей.
⑧Стандартный конденсатор. Используется в цепи измерения диэлектрических потерь промышленной частоты в качестве стандартного конденсатора или в качестве емкостного делителя напряжения для измерения высокого напряжения.
силовой конденсатор
В энергосистеме он делится на высоковольтный силовой конденсатор (выше 6кВ) и низковольтный силовой конденсатор (400В)
Низковольтный силовой конденсатор классифицируется на пропитанную маслом бумагу силовые конденсаторы и самовосстанавливающиеся силовые конденсаторы в зависимости от их свойств. По функции он делится на обычные силовые конденсаторы и интеллектуальные силовые конденсаторы.
Самовосстанавливающийся шунтирующий конденсатор
Возьмем в качестве примера продукцию American Swell, чтобы представить интеллектуальные силовые конденсаторы.
Интеллектуальные силовые конденсаторы объединяют в себе передовые технологии, такие как современные измерения и контроль, силовая электроника, сетевые коммуникации, автоматическое управление и силовые конденсаторы. Он изменил технологию обратного контроллера традиционного устройства компенсации реактивной мощности и обратный механический контактор или электромеханический интегрированный переключатель в качестве технологии переключения конденсаторов. Он также изменил громоздкую и громоздкую структуру традиционного устройства компенсации реактивной мощности, так что новое поколение низковольтного оборудования для компенсации реактивной мощности имеет лучший эффект компенсации, меньший размер, более низкое энергопотребление, более низкую цену, более гибкое использование и многое другое. обслуживание. Свойства удобства и увеличенный срок службы отвечают повышенным требованиям современных электрических сетей к компенсации реактивной мощности.
Ⅱ Области примененияОсновные области применения:
■ Заводская система распределения электроэнергии
■ Система распределения электроэнергии в жилых районах
■ Муниципальное коммерческое здание
■ Транспорт T unnel Power Distribution System
■ Замена коробки, полный шкаф, наружная распределительная коробка
Ⅲ Причина поврежденияВ последние годы в эксплуатацию вводится все больше и больше силовых конденсаторов, но из-за плохого управления и других технических причин силовые конденсаторы часто повреждаются и взрываются. Причины следующие:
Поломка внутренних компонентов конденсатора: в основном из-за некачественного производственного процесса.
Повреждение изоляции корпуса конденсатора: Высоковольтный боковой вывод конденсатора выполнен из тонкой меди. Если производственный процесс некачественный, кромка неровная, имеются заусенцы или сильно изогнуты, а наконечник склонен к коронному разряду. Корона разложит масло, расширит корпус бака и понизит уровень масла, что приведет к поломке. Кроме того, когда крышка закрыта, если время сварки на углах слишком велико, внутренняя изоляция будет сожжена, а масло и газ будут генерироваться, что значительно снизит напряжение и приведет к повреждению конденсатора.
Плохая герметизация и утечка масла: из-за плохой герметизации монтажной втулки внутрь попадает влага, что снижает сопротивление изоляции; или уровень масла падает из-за утечки масла, что приводит к разряду полюса на корпус или поломке компонентов.
Вздутие и внутренняя диссоциация: из-за внутренней короны, пробивного разряда и внутренней диссоциации конденсатор снизит начальное напряжение диссоциации элемента ниже рабочей напряженности электрического поля под действием перенапряжения, что вызывает физические, химические и электрические эффекты. Ускоряют старение и разложение изоляции, генерируют газ, образуют порочный круг, увеличивают давление в оболочке коробки, вздувают внешнюю стенку коробки и вызывают взрыв.
Взрыв конденсатора, вызванный замыканием заряда: Любая батарея конденсаторов с номинальным напряжением не может замыкаться при заряде. Каждый раз при повторном включении конденсаторной батареи конденсатор должен разряжаться в течение 3 минут при отключенном выключателе. В противном случае он может взорваться из-за остаточного заряда на конденсаторе в момент закрытия. По этой причине обычно устанавливается, что конденсаторные батареи мощностью более 160 кВАр должны быть оборудованы устройствами автоматического разряда при отсутствии напряжения, и оговаривается, что выключатели конденсаторных батарей не допускается оснащать автоматическое закрытие.
Кроме того, конденсатор может быть поврежден и взорван из-за чрезмерной температуры, плохой вентиляции, чрезмерного рабочего напряжения, чрезмерных гармонических составляющих или рабочего перенапряжения.
Ⅳ Меры предосторожности1 При установке конденсаторов проводку каждого конденсатора желательно подключать к шине отдельным гибким проводом. Не используйте жесткие соединения шины, чтобы предотвратить повреждение корпуса конденсатора напряжением при сборке, нарушение герметичности и утечку масла.
2 Любой плохой контакт в цепи конденсатора может вызвать высокочастотные колебательные дуги, которые увеличивают рабочую напряженность электрического поля конденсатора и выделяют тепло. Поэтому при монтаже необходимо поддерживать хороший контакт между электрической цепью и заземляющей частью.
3 Если конденсаторы более низких уровней напряжения соединены последовательно и работают в сети более высокого уровня напряжения, следует принять такие меры, как установка изоляторов, эквивалентных уровню рабочего напряжения, для обеспечения надежной изоляции между корпусом каждого блока и землей. .
4 После того, как конденсатор соединен звездой, он используется для более высокого номинального напряжения, а нейтральная точка не заземлена. Корпус конденсатора должен быть изолирован от земли.
5 Перед установкой конденсатора емкость следует выделить один раз для балансировки фаз, при этом отклонение не должно превышать 5% от общей емкости. Когда устройство релейной защиты установлено, оно также должно удовлетворять требованию, чтобы погрешность тока баланса не превышала ток срабатывания релейной защиты во время работы.
6 Должна быть выполнена разводка отдельных компенсационных конденсаторов: для асинхронных двигателей, которые запускаются напрямую или через варистор, конденсатор, повышающий коэффициент мощности, может быть подключен непосредственно к выходной клемме двигателя, и никакие распределительные устройства или предохранители не должны устанавливается между ними; Для асинхронных двигателей, запускаемых пускателями звезда-треугольник, лучше всего использовать три однофазных конденсатора, каждый конденсатор подключается непосредственно параллельно к двум выводам каждой фазной обмотки так, чтобы подключение конденсатора всегда соответствовало подключению обмотка.
7 Низковольтный конденсатор групповой компенсации должен быть подключен к внешней стороне выключателя питания низковольтной групповой шины, чтобы предотвратить самовозбуждение при отключении группового выключателя.
8 Низковольтная конденсаторная батарея для централизованной компенсации должна быть специально оборудована выключателями и установлена снаружи главного сетевого выключателя, а не на низковольтной шине.
Ⅴ Производители силовых конденсаторовОбщая тенденция развития электромеханической промышленности в последние годы состоит в том, чтобы развиваться в сторону большой группы, объединять родственные компании и формировать многонациональную компанию. Производство силовых контейнеров не является исключением. Шкала основных производителей и их основной продукции представлена следующим образом:
1 ABB
АББ имеет заводы по производству конденсаторов в 11 странах, включая Швецию, Великобританию, Австралию, Испанию, Бельгию, Канаду, Индию и Таиланд, основным заводом которых является завод по производству силовых конденсаторов в Швеции. Суммарная годовая производительность каждого завода превышает 20 миллионов кВАр. В декабре 2000 г. было создано совместное предприятие с Xi’an Power Capacitor Factory, в результате которого образовалась Xi’an ABB Power Capacitor Co., Ltd. Годовая производственная мощность компании составляет 3,5 млн. кВАр. Его основная продукция включает параллельные конденсаторы 1~25 кВ, 100~1000 кВАр; 1~500кВ, 0,6~300МВАр параллельные комплекты устройств; Комплекты фильтров 3–300 кВ, 1–300 МВар, SVC, последовательные компенсационные устройства передачи постоянного тока, фильтрующие конденсаторы, комплекты устройств и т. д.
2 Cooper, USA
В мае 1985 года первоначальная компания Megaraw-Edison объединилась с Cooper с годовой производительностью около 19 миллионов кВАр. Согласно американскому стандарту расчетная напряженность поля в среде конденсатора бывает низкой и высокой, до 70/80 кВ/мм, обычно без внутреннего предохранителя. Характеристики продукта: небольшой размер, малый вес и хорошие удельные характеристики. Основная продукция включает шунтирующие конденсаторы высокого и низкого напряжения и полные комплекты устройств, фильтрующие конденсаторы и комплекты приборов и т.д.
3 Nisshin Corporation
Производство конденсаторов составляет 95% всего производства Японии, около 8 млн кВАр. Штаб-квартира в Киото в основном производит шунтирующие конденсаторы коробчатого типа большой емкости. В 1988 году был основан филиал компании в Таиланде и филиал в провинции Тайвань в моей стране. В конце 1990-х годов на заводе силовых конденсаторов Уси было создано совместное предприятие, которое в основном производит емкостные трансформаторы напряжения с очень хорошими экономическими преимуществами. В последние годы она также создала совместное предприятие с заводом Уси для производства параллельных конденсаторов и полных комплектов устройств.
4 Финляндия Nokia Capacitor Company
Основана в 1957 г., слилась с NOKIAN в 1967 г., учредила NOKIAN Capacitor Company в 1990 г.