Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение. Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах

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

Содержание

Что такое конденсатор?

Прибор, который накапливает электроэнергию в виде электрических зарядов, называется конденсатором.

Количество электричества или электрический заряд в физике измеряют в кулонах (Кл). Электрическую ёмкость считают в фарадах (Ф).

Уединенный проводник электроёмкостью в 1 фараду — металлический шар с радиусом, равным 13 радиусам Солнца. Поэтому конденсатор включает в себя минимум 2 проводника, которые разделяет диэлектрик. В простых конструкциях прибора — бумага.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Работа конденсатора в цепи постоянного тока осуществляется при включении и выключении питания.Только в переходные моменты меняется потенциал на обкладках.

Конденсатор в цепи переменного тока перезаряжается с частотой, равной частоте напряжения источника питания. В результате непрерывных зарядов и разрядов ток проходит через элемент. Выше частота — быстрее перезаряжается прибор.

Сопротивление цепи с конденсатором зависит от частоты тока. При нулевой частоте постоянного тока величина сопротивления стремится к бесконечности. С увеличением частоты переменного тока сопротивление уменьшается.

Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока

В цепях постоянного тока заряженный конденсатор образует разрыв, мешающий протеканию тока. Если напряжение приложить к обкладкам разряженной детали, то ток потечет. При этом конденсатор будет заряжаться, сила тока падать, напряжение на обкладках повышаться. При достижении равенства напряжения на обкладках и источника электропитания течение тока прекращается.

При постоянном напряжении конденсатор удерживает заряд при включенном питании. После выключения заряд сбрасывается через нагрузки, присутствующие в цепи.

Переменный ток заряженный конденсатор тоже не пропускает. Но за один период синусоиды дважды происходит зарядка и разрядка накопителя, поэтому ток получает возможность протекать через конденсаторв периодего разрядки.

Samsung ue32F5300 нет изображения

Понятие полярности для конденсаторов и их выход из строя

Для улучшения рабочих параметров некоторые компоненты этой категории создают с применением промежуточного материала, пропитанного электролитом. Дополнительные слои создают из оксидов металлов и диэлектриков.

Конструкция электролитического конденсатора

Конденсатор

Эти изделия подключают с обязательным соблюдением полярности. Специальная маркировка на корпусе предупреждает пользователей о наличии соответствующего ограничения. При ошибке в процессе монтажа конденсатор будут выведен из строя первым подключением. Кипение электролита может провоцировать повышенное напряжение.

К сведению. Насечками на крышке и предохранительным клапаном уменьшают разрушительный эффект при возникновении аварийной ситуации.

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
плоский 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:

формула емкости плоского конденсатора
формула емкости плоского конденсатора

где

С – емкость конденсатора, ф

ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика

ε0 – 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.

диэлектрическая проницаемость веществ
диэлектрическая проницаемость веществ

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
многослойный конденсатор
многослойный конденсатор

В этом случае формула такого конденсатора примет вид:

формула многослойного конденсатора
формула многослойного конденсатора
формула многослойного конденсатора

где n – это количество пластин

Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи

Соединение нескольких конденсаторов между собой может быть последовательным или параллельным.

Последовательное

Последовательное соединение позволяет подавать на обкладки большее напряжение, чем на отдельно стоящую деталь. Напряжение распределяется в зависимости от емкости каждого накопителя. Если емкости деталей равны, то напряжение распределяется поровну.

Получаемая емкость в такой цепи находится по формуле:

Собщ = 1/(1/С1+1/С2…+1/Сn)

Если провести вычисления, то станет понятно, что увеличение напряжения в цепи достигается существенным падением емкости. Например, если в цепь подсоединить последовательно два конденсатора емкостью 10 мкФ, то общая емкость будет равна всего 5 мкФ.

Параллельное

Это наиболее распространенный на практике способ, позволяющий увеличить общую емкость в схеме. Параллельное соединение позволяет создать один большой конденсатор с суммарной площадью проводящих пластин. Общая емкость системы представляет собой сумму емкостей соединенных деталей.

С общ = С1+С2+…+Сn

Напряжение на всех элементах будет одинаковым.

Основные параметры конденсаторов

Емкость

Этот показатель характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд. Емкость тем больше, чем больше площадь проводниковых обкладок и чем меньше толщина диэлектрического слоя. Также эта характеристика зависит от материала диэлектрика. На приборе указывается номинальная емкость. Реальная емкость, в зависимости от эксплуатационных условий, может отличаться от номинальной в значительных пределах. Стандартные варианты номинальной емкости – от единиц пикофарад до нескольких тысяч микрофарад. Некоторые модели могут иметь емкость в несколько десятков фарад.

Классические конденсаторы имеют положительную емкость, то есть чем больше приложенное напряжение, тем больше накопленный заряд. Но сегодня в стадии разработки находятся устройства с уникальными свойствами, которые ученые называют «антиконденсаторами». Они обладают отрицательной емкостью, то есть с ростом напряжения их заряд уменьшается, и наоборот. Внедрение таких антиконденсаторов в электронную промышленность позволит ускорить работу компьютеров и снизить риск их перегрева.

Что будет, если поставить накопитель большей/меньшей емкости, по сравнению с требуемой? Если речь идет о сглаживании пульсаций напряжения в блоках питания, то установка конденсатора с емкостью, превышающей нужную величину (в разумных пределах – до 90% от номинала), в большинстве случаев улучшает ситуацию. Монтаж конденсатора с меньшей емкостью может ухудшить работу схемы. В других случаях возможность установки детали с параметрами, отличающимися от заданных, определяют конкретно для каждого случая.

Удельная емкость

Отношение номинальной емкости к объему (или массе) диэлектрика. Чем тоньше диэлектрический слой, тем выше удельная емкость, но тем меньше его напряжение пробоя.

Плотность энергии

Это понятие относится к электролитическим конденсаторам. Максимальная плотность характерна для больших конденсаторов, в которых масса корпуса значительно ниже, чем масса обкладок и электролита.

Номинальное напряжение

Его значение отражается на корпусе и характеризует напряжение, при котором конденсатор работает в течение срока службы с колебанием параметров в заданных пределах. Эксплуатационное напряжение не должно превышать номинальное значение. Для многих конденсаторов с повышением температуры номинальное напряжение снижается.

Полярность

К полярным относятся электролитические конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный заряды. На устройствах отечественного производства обычно ставился знак «+» у положительного электрода. На импортных приборах обозначается отрицательный электрод, возле которого стоит знак «-». Такие конденсаторы могут выполнять свои функции только при корректном подключении полярности напряжения. Этот факт объясняется химическими особенностями реакции электролита с диэлектриком.

Что будет, если перепутать полярность конденсатора? Обычно в этом случае приборы выходят из строя. Это происходит из-за химического разрушения диэлектрика, которое вызывает рост силы тока, вскипание электролита и, как следствие, вздутие корпуса и вероятный взрыв.

К группе неполярных конденсаторов относится большинство накопителей заряда. Эти детали обеспечивают корректную работу при любом порядке подключения выводов в цепь.

Как подключить конденсатор к электродвигателю: пошаговая инструкция!

В предыдущей статье мы ответили на вопрос: можно ли подключить трехфазный двигатель к однофазной сети? Сегодня мы расскажем о том, как выполнить подключение трехфазного двигателя к однофазной сети с помощью конденсатора.

ВАЖНО!

Электромонтажные работы следует проводить только с полным соблюдением
требований техники безопасности
.

• внутри коробки управления монтируем на дин-рейку двухполюсный автоматический выключатель

на 6 Ампер с времятоковой характеристикой C; • к стене коробки управления с помощью хомутов закрепляем
пусковой
и
рабочий конденсаторышину заземления
.

Заводим снизу коробки управления трехжильный кабель типа КГ

на напряжение 380В сечением не менее 1,5 мм². На другой конец кабеля
устанавливаем штепсельную вилку
.

Жилы синего и коричневого цвета оконцовываем наконечниками и зажимаем в нижних клеммах автоматического выключателя, а жилу желто-зеленого оконцовываем и подключаем к шине заземления.

Пускатель ПНВС, установленный сверху коробки управления, имеет по три контакта с двух сторон. При нажатии кнопки «Пуск» все шесть контактов закрываются, при этом крайние четыре контакта фиксируются. После того, как двигатель наберет номинальные обороты и выйдет в рабочий режим, кнопку «Пуск» нужно отпустить, чтобы центральные контакты, подключающие пусковой конденсатор, открылись. Для завершения работы нажимаем кнопку «Стоп», после чего крайние контакты открываются.

Где применяются конденсаторы?

Работа электронных, радиотехнических и электрических устройств невозможна без конденсаторов.

В электротехнике прибор используется для сдвига фаз при запуске асинхронных двигателей. Без сдвига фаз трехфазный асинхронный двигатель в переменной однофазной сети не функционирует.

Конденсаторы с ёмкостью в несколько фарад — ионисторы, используются в электромобилях, как источники питания двигателя.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Для понимания, зачем нужен конденсатор, нужно знать, что 10-12% измерительных устройств работают по принципу изменения электрической ёмкости при изменении параметров внешней среды. Реакция ёмкости специальных приборов используется для:

  • регистрации слабых перемещений через увеличение или уменьшение расстояния между обкладками;
  • определения влажности с помощью фиксирования изменений сопротивления диэлектрика;
  • измерения уровня жидкости, которая меняет ёмкость элемента при заполнении.

Трудно представить, как конструируют автоматику и релейную защиту без конденсаторов. Некоторые логики защит учитывают кратность перезаряда прибора.

Ёмкостные элементы используются в схемах устройств мобильной связи, радио и телевизионной техники. Конденсаторы применяют в:

  • усилителях высоких и низких частот;
  • блоках питания;
  • частотных фильтрах;
  • усилителях звука;
  • процессорах и других микросхемах.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Легко найти ответ на вопрос, для чего нужен конденсатор, если посмотреть на электрические схемы электронных устройств.

Почему идет переменный ток через конденсатор

Конденсатор — это разрыв, поскольку его прокладки не касаются друг друга из-за нахождения между ними диэлектрика, не проводящего постоянный электроток. Однако будучи подключённым к постоянной цепи, он всё же может его проводить в момент подсоединения, поскольку происходит зарядка или перезарядка.

Когда завершается переходный процесс, ток перестаёт проходить через пассивный электронный компонент из-за разделения его обкладок диэлектриком. Будучи подключённым к такой цепи он проводит его колебания вследствие циклической перезарядки. Здесь прибор входит в колебательный контур и вместе с катушкой выполняет функцию накопителя энергии.

Такой симбиоз способствует преобразованию электричества в магнитную энергию или, наоборот, с равной их собственной частотной скоростью, которая рассчитывается по формуле: omega = 1 / sqrt(C × L).


Почему идёт переменный ток

Действительность такова, что конденсатор не способен пропускать через себя переменный ток. Сначала он его аккумулирует на обкладках. Возникает ситуация, в которой на одной из них имеет место переизбыток электронов, а на другой их, напротив, мало. В результате конденсатор отдаёт эти заряды, из-за чего электроны, находящиеся во внешней цепи, перемещаются в одну и в другую сторону от одной обкладки к другой.

К сведению! Результат выражается в том, что электроны перемещаются внутри внешней цепи, но не в самом пассивном компоненте. Энергия перераспределяется внутри поля между конденсаторными пластинками, что называют токами смещения, отличающимися от электротоков проводимости.

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.

Для запуска двигателя необходимо подключить конденсатор
Для запуска двигателя необходимо подключить пусковой конденсаторИсточник chipmaker.ru

Не заряжается и не включается планшет

Подключение однофазного электродвигателя: использование магнитного пускателя

Но есть другой путь — подключение однофазного электродвигателя как генератора для получения трехфазного напряжения.

В качестве кратковременного переключателя ставят кнопки с группой контактов или реле. По схеме, изображенной на рисунке 2, соединения исполнялись без нейтрали.

Функция центробежного выключателя состоит в отключении пусковой фазы, когда ротор набирает номинальную скорость. Помните, что при подключении коллекторного электрического двигателя без блока электроники, он будет работать только на максимальных оборотах, а при запуске будет сильный рывок, большой пусковой ток, искрение на коллекторе.


В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Следовательно, раз он подключается к сети , все конденсаторы, задействованные в схеме, должны быть не менее чем на В. Магнитное поле основной обмотки поддерживает вращение длительное время.


К примеру, для изготовления наждака или самодельного сверлильного аппарата. Использовать необходимо только конденсаторы, которые идут в комплекте поставки. Как рассчитать емкость Емкость конденсатора, который устанавливается в схему подключения трехфазного электродвигателя, подсоединяемого к сети напряжением в В, зависит от самой схемы. Важно помнить: трехфазные электродвигатели обладают более высокой эффективностью, чем однофазные на В.


Магнитное поле основной обмотки поддерживает вращение длительное время. Решение — установка 3-х полюсного переключателя. Данная процедура реализуется простым изменением порядка включения пусковой обмотки при ее соединении с рабочей обмоткой. Это связано с тем, что при включении в сеть только рабочей обмотки С1-С2 у однофазного конденсаторного двигателя возникнет пульсирующее магнитное поле, а не вращающееся, то есть он не запустится. С каждым из сетевых проводов необходимо подключить дроссели для исключения помех.

В магнитопроводе однофазных двигателей находится двухфазная обмотка, состоящая из основной и пусковой обмотки. Контроль показателей пускового тока в таких двигателях осуществляется частотным преобразователем. Это и будет, один из сетевых проводов. Наиболее удобным является магнитный пускатель с управлением от в переменного тока. Все емкости, которые включаются в схему, должны быть однотипными.

Если после этого двигатель окажется горячим, то: Возможно, подшипники загрязнились, зажались или просто износились. Идея применения пускового конденсатора состоит в его включении в цепь лишь в момент запуска мотора. Станках для обработки сырья и т. Подключение конденсатора. Как подключить конденсатор к электродвигателю. Схема.

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.

Конденсатор СВВ-60
Пусковой конденсатор СВВ-60Источник aliradar.com

Включение в цепи синусоидальной ЭДС

Конденсаторы в цепи постоянного тока не работают динамично. Поэтому имеет смысл изучать электрические параметры при подключении генератора синусоидального сигнала. В этой ситуации, кроме энергетических процессов, можно проверить частотные зависимости.

Виды включений

Параллельный способ соединения увеличивает емкость:

Собщ = С1 + С2.

Для уменьшения основного функционального параметра используют последовательную схему:

1/Собщ = 1/С1 + 1/С2.

При подключении к источнику переменного тока конденсатор подойдет для решения следующих задач:

  • устранение постоянной компоненты сигнала;
  • ухудшение проводимости для определенного частотного диапазона;
  • настройка частоты колебательного контура и других радиотехнических схем.

При необходимости с помощью конденсатора можно гасить паразитные колебания, убирать импульсные помехи.

Простейший тип включения

Представленные выше формулы по току и напряжению можно изобразить следующим образом:

  • I = Im cos (f*t + π/2);
  • U = Uo * cosf*t.

Пояснения к описанию циклов

В простой схеме включения следует отметить следующие этапы рабочего процесса:

  1. увеличение напряжения с накоплением заряда током максимальной силы;
  2. уменьшение i(t) до нуля с одновременным достижением максимума Um;
  3. снижение U c одновременным разрядом конденсатора;
  4. достижение уровня Im c U =0.

Общий подход к выбору изделий и порядку расчетов корректируют с учетом целевого назначения. Если отсутствуют повышенные требования к точности, можно применить представленные параметры и формулы. Дополнительные данные можно получить из сопроводительной документации, на официальных сайтах производителей радиоэлектронных компонентов.

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.

Подключение однофазного двигателя
Подключение однофазного асинхронного двигателяИсточник sibay-rb.ru

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.

Подключение двигателя к однофазной сети
Подключение трёхфазного двигателя к однофазной сетиИсточник stroysvoy-dom.ru

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%.

Схемы подклюения
Схемы подключения трёхфазного двигателя в однофазную сетьИсточник orenburgelectro.ru

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.

Использование пускового и рабочего конденсаторов
Использование пускового и рабочего конденсаторов для подключенияИсточник uk-parkovaya.ru
Читайте также:
Подключение электродвигателя на 380 В от сети 220 В – 4 распространённых способа и их особенности

Формула сопротивления конденсатора

С помощью физико-математических преобразований физики и математики вывели формулу для расчета сопротивления конденсатора. Прошу любить и жаловать:

формула реактивного сопротивления конденсатора
формула реактивного сопротивления конденсатора

где, ХС  – это сопротивление конденсатора, Ом

П – постоянная и равняется приблизительно 3,14 

F – частота, измеряется в Герцах

С – емкость,  измеряется в Фарадах

Так вот, поставьте в эту формулу частоту в  ноль Герц. Частота в ноль Герц – это и есть постоянный ток. Что получится? 1/0=бесконечность или очень большое сопротивление. Короче говоря, обрыв цепи.

Принцип работы

В цепи постоянного тока положительные заряды собираются на одной пластине, отрицательные — на другой. За счет взаимного притяжения частицы удерживаются в приборе, а диэлектрик между ними не дает соединиться. Тоньше диэлектрик — крепче связаны заряды.

Читайте также:  Что такое биполярный транзистор и какие схемы включения существуют

Конденсатор берет нужное для заполнения ёмкости количество электричества, и ток прекращается.

При постоянном напряжении в цепи элемент удерживает заряд до выключения питания. После чего разряжается через нагрузки в цепи.

Переменный ток через конденсатор движется иначе. Первая ¼ периода колебания — момент заряда прибора. Амплитуда зарядного тока уменьшается по экспоненте, и к концу четверти снижается до нуля. ЭДС в этот момент достигает амплитуды.

Во второй ¼ периода ЭДС падает, и элемент начинает разряжаться. Снижение ЭДС вначале небольшое и ток разряда, соответственно, тоже. Он нарастает по той же экспоненциальной зависимости. К концу периода ЭДС равна нулю, ток — амплитудному значению.

Watch this video on YouTube
Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

В третьей ¼ периода колебания ЭДС меняет направление, переходит через нуль и увеличивается. Знак заряда на обкладках изменяется на противоположный. Ток уменьшается по величине и сохраняет направление. В этот момент электрический ток опережает по фазе напряжение на 90°.

В катушках индуктивности происходит наоборот: напряжение опережает ток. Это свойство стоит на первом месте при выборе, какие цепи использовать в схеме: RC или RL.

В завершении цикла при последней ¼ колебания ЭДС падает до нуля, а ток достигает амплитудного значения.

«Ёмкость» разряжается и заряжается по 2 раза за период и проводит переменный ток.

Это теоретическое описание процессов. Чтобы понять, как работает элемент в цепи непосредственно в устройстве, рассчитывают индуктивное и емкостное сопротивление цепи, параметры остальных участников, и учитывают влияние внешней среды.

Свойства и выполняемые функции

Закон Ома для переменного тока

Отмеченные накопительные способности определяются размерами пластин и расстоянием между ними, диэлектрическими характеристиками промежуточного слоя. Заряд сохраняется после отключения источника питания. Если подсоединить нагрузку, энергия может выполнять необходимые полезные функции.

Узкополосный фильтр

На рисунке показано устройство, которое «вырезает» небольшой участок спектра. Показанная на графике рабочая частота определяется параметрами цепочки, составленной из конденсатора и катушки индуктивности. В данном примере выполняются функции фильтрации входного сигнала.

Характеристики и свойства

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

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.

Читайте также:  Как проверить конденсатор на работоспособность мультиметром?

Максимальное рабочее напряжение на конденсаторе

Все конденсаторы имеют какое-то предельное напряжение, которое можно на них подавать. Дело все в том, что может произойти пробой диэлектрика, и конденсатор выйдет из строя. Чаще всего это напряжение пишут на самом корпусе конденсатора. Например, на электролитическом конденсаторе.

максимальное рабочее напряжение конденсатора
максимальное рабочее напряжение конденсатора
максимальное рабочее напряжение конденсатора

В технической документации этот параметр чаще всего обозначается, как WV, что с английского Working Voltage (рабочее напряжение), или DC WV – Direct Current Working Voltage – постоянное рабочее напряжение конденсатора.

Здесь есть один нюанс, о котором часто забывают. Дело в том, что на конденсаторе написано именно на какое постоянное напряжение он рассчитан, а не переменное. Если такой конденсатор, как на рисунке выше, с максимальным рабочим напряжением в 50 Вольт вставите в цепь переменного тока с источником питания, который выдает 50 Вольт переменного тока, то ваш конденсатор взорвется. Так как 50 Вольт переменного тока – это действующее напряжение. Его максимальное значение будет 50 × √2 = 70,7 Вольт, что намного больше, чем 50 Вольт.

Виды конденсаторов

Емкостные элементы классифицируют по типу диэлектрика, применяемого в конструкции.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

Элементы используются в цепях с постоянным или слабо пульсирующим напряжением. Простота конструкции оборачивается пониженной на 10-25% стабильностью характеристик и возросшей величиной потерь.

В бумажных конденсаторах обкладки из алюминиевой фольги разделяет бумага. Сборки скручивают и помещают в корпус в форме цилиндра или прямоугольного параллелепипеда.

Приборы работают при температурах -60…+125°C, с номинальным напряжением у низковольтных приборов до 1600 В, высоковольтных — выше 1600 В и ёмкостью до десятков мкФ.

В металлобумажных приборах вместо фольги на диэлектрическую бумагу наносят тонкий слой металла. Это помогает изготовить элементы меньших размеров. При незначительных пробоях возможно самовосстановление диэлектрика. Металлобумажные элементы уступают бумажным по сопротивлению изоляции.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Электролитические конденсаторы

Конструкция изделий напоминает бумажные. Но при изготовлении электролитических элементов бумагу пропитывают оксидами металлов.

В изделиях с электролитом без бумаги оксид наносится на металлический электрод. У оксидов металлов односторонняя проводимость, что делает прибор полярным.

В некоторых моделях электролитических элементов обкладки изготавливают с канавками, которые увеличивают площадь поверхности электрода. Зазоры в пространстве между пластинами устраняют с помощью заливания электролитом. Это улучшает емкостные свойства изделия.

Большая ёмкость электролитических приборов — сотни мкФ, используется в фильтрах, чтобы сглаживать пульсации напряжения.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Алюминиевые электролитические

В приборах этого типа анодная обкладка делается из алюминиевой фольги. Поверхность покрывают оксидом металла — диэлектриком. Катодная обкладка — твердый или жидкий электролит, который подбирается так, чтобы при работе восстанавливался слой оксида на фольге. Самовосстановление диэлектрика продлевает время работы элемента.

Конденсаторы такой конструкции требуют соблюдения полярности. При обратном включении разорвет корпус.

Приборы, внутри которых располагаются встречно-последовательные полярные сборки, используют в 2 направлениях. Ёмкость алюминиевых электролитических элементов достигает нескольких тысяч мкФ.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Танталовые электролитические

Анодный электрод таких приборов изготовляют из пористой структуры, получаемой при нагреве до +2000°C порошка тантала. Материал внешне напоминает губку. Пористость увеличивает площадь поверхности.

С помощью электрохимического окисления на анод наносят слой пентаоксида тантала толщиной до 100 нанометров. Твердый диэлектрик делают из диоксида марганца. Готовую конструкцию прессуют в компаунд — специальную смолу.

Танталовые изделия используют на частотах тока свыше 100 кГц. Ёмкость создается до сотен мкФ, при рабочем напряжении до 75 В.

Читайте также:  Как расшифровать маркировку конденсатора и узнать его ёмкость?

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Полимерные

В конденсаторах используются электролит из твердых полимеров, что дает ряд преимуществ:

  • увеличивается срок эксплуатации до 50 тыс. часов;
  • сохраняются параметры при нагреве;
  • расширяется диапазон допустимых пульсаций тока;
  • сопротивление обкладок и выводов не шунтирует ёмкость.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Пленочные

Диэлектрик в этих моделях — пленка из тефлона, полиэстера, фторопласта или полипропилена.

Обкладки — фольга или напыление металлов на пленку. Конструкция используется для создания многослойных сборок с увеличенной площадью поверхности.

Пленочные конденсаторы при миниатюрных размерах обладают ёмкостью в сотни мкФ. В зависимости от размещения слоев и выводов контактов делают аксиальные или радиальные формы изделий.

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

В некоторых моделях номинальное напряжение 2 кВ и выше.

Обозначение конденсаторов на схеме

На чертежах конденсатор с постоянной емкостью обозначают двумя параллельными черточками — обкладками. Их подписывают буквой «C». Рядом с буквой ставят порядковый номер элемента на схеме и значение емкости в пФ или мкФ.

В конденсаторах переменной емкости параллельные черточки перечеркиваются диагональной чертой со стрелкой. Подстроечные модели обозначаются двумя параллельными линиями, перечеркнутыми диагональной чертой с черточкой на конце. На обозначении полярных конденсаторов указывается положительно заряженная обкладка.

Обозначение по ГОСТ 2.728-74 Описание
Обозначение резистора на схеме Конденсатор постоянной ёмкости
Обозначение резистора на схеме Поляризованный (полярный) конденсатор
Обозначение резистора на схеме Подстроечный конденсатор переменной ёмкости
Обозначение резистора на схеме Варикап

Автоматическое подключение трехфазного двигателя к сети 220 В.

Чтоб каждый раз не подключать пусковой конденсатор для старта электродвигателя, можно собрать простую схему на реле времени, которая будет делать это автоматически. Это актуально для систем, где приходится часто запускать моторы с помощью пускового конденсатора.

Понадобится два устройства: реле времени и пускатель.

Многое спрашивают, а можно сделать без пускателя?

В большинстве своем контакты реле времени и подобных устройств не рассчитаны на коммутацию серьёзной нагрузки как электродвигатель. Представьте себе грузовой кран или лифт запитанный и подключаемый/отключаемый от домашней розетки — вот тут тоже самое.

А пускатели или контакторы специально предназначены для работы с электродвигателями, можно сказать «не разлей вода».
Но не все
. Есть различные категории этих устройств, для моторов часто используют категорию AC-3. Также при выключении индуктивных нагрузок происходит перенапряжение и искрение. Контакты реле времени на это тоже не рассчитаны, а у пускателя подходят.

Сами пускатели/контакторы выбираются по мощности электродвигателя и категорий применения (AC-3 и пр).

Питание катушек пускателей и реле времени бывают на различные напряжения. Для однофазной сети 220 В. они соответственно должны быть на 220 В.

В чем отличие полярного и неполярного?

Неполярные допускают включение конденсаторов в цепь без учета направления тока. Элементы применяются в фильтрах переменных источников питания, усилителях высокой частоты.

Полярные изделия подсоединяют в соответствии с маркировкой. При включении в обратном направлении прибор выйдет из строя или не будет нормально работать.

Полярные и неполярные конденсаторы большой и малой ёмкости отличаются конструкцией диэлектрика. В электролитических конденсаторах, если оксид наносится на 1 электрод или 1 сторону бумаги, пленки, то элемент будет полярным.

Модели неполярных электролитических конденсаторов, в конструкциях которых оксид металла нанесли симметрично на обе поверхности диэлектрика, включают в цепи с переменным током.

У полярных на корпусе присутствует маркировка положительного или отрицательного электрода.

Watch this video on YouTube
Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Источники

  • https://odinelectric.ru/equipment/electronic-components/chto-takoe-kondensator-vidy-i-primenenie
  • https://www.RadioElementy.ru/articles/chto-takoe-kondensator-dlya-chego-nuzhen/
  • https://amperof.ru/teoriya/kondensator-v-cepi-peremennogo-toka.html
  • https://www.RusElectronic.com/kondjensatory/
  • https://ProhVoda.ru/elektroteoriya/shema-ustanovki-kondensatora.html
  • https://rusenergetics.ru/oborudovanie/kondensator-v-tsepi-peremennogo-toka
  • https://m-strana.ru/articles/dlya-chego-nuzhen-kondensator-v-elektrodvigatele/

[свернуть]

Related Posts