Yksinkertaisimman (tasaisen) kondensaattorin periaate esitetty kuvassa. 1.
Kuva 1. Laitteen tasakondensaattorin periaate.
1 kansi
2 dielektristä
Tällaisen kondensaattorin kapasiteetti määritelty tunnetulla kaavalla
Määritetty kaavalla
Kalvovuorilla ja monikerroksisilla dielektrisillä kalvoilla voidaan valmistaa rullatyyppisiä kondensaattoreita, joiden ominaisvarastointikapasiteetti on välillä 0,1 J / kg - 1 J / kg tai välillä 0,03 mWh / kg - 0,3 mWh / kg. Alhaisen ominaisvarastointikapasiteetin takia tällaiset kondensaattorit eivät sovellu merkittävän määrän energian pitkäaikaiseen varastointiin, mutta niitä käytetään laajalti vaihtovirtapiirien reaktiivisen energian lähteinä ja kapasitiivisina vastuksina.
Energiaa voidaan varastoida huomattavasti tehokkaammin elektrolyyttikondensaattorit, jonka laitteen periaate on esitetty kuvassa 1. 2.
Kuva 2.
1 metallilevy tai folio (alumiini, tantaali tai muut),
2 metallioksidielektristä (Al2O3, Ta2O5 tai muut),
3 paperia jne., Kyllästetty elektrolyytillä (H3BO3, H2SO4, MnO2 jne.) Ja glyserolilla
Koska dielektrisen kerroksen paksuus pysyy tässä tapauksessa yleensä 0,1 um: n sisällä, voidaan näitä kondensaattoreita valmistaa erittäin suurella kapasiteetilla (jopa 1 F), mutta suhteellisen alhaisella jännitteellä (yleensä muutama volttia).
Voi olla vielä suurempi kapasiteetti ultrakondensaattorit (superkondensaattorit, ionisaattorit), jonka vuoraus on kaksinkertainen sähkökerros, jonka paksuus on useita kymmenesosaa nanometristä, mikrohuokoisesta grafiitista valmistetun elektrodin ja elektrolyytin välisellä rajapinnalla (kuva 3).
Kuva 3.
1 mikrohuokoinen grafiittielektrodi,
2 elektrolyyttiä
Tällaisten kondensaattoreiden levyjen efektiivinen pinta-ala saavuttaa huokoisuuden ansiosta 10 000 m2: aa / gramma elektrodimassaa, mikä mahdollistaa erittäin suuren kapasiteetin erittäin pienillä kondensaattorikokoilla. Tällä hetkellä ultrakondensaattoreita on saatavana jännitteisiin, jotka ovat korkeintaan 2,7 V ja kapasiteeteihin, jotka ovat korkeintaan 3 kF. Niiden erityinen säilytyskapasiteetti on yleensä välillä 0,5 Wh / kg - 50 Wh / kg, ja on prototyyppejä, joiden erityinen säilytyskapasiteetti on jopa 300 Wh / kg.
Valmistustekniikka ultracapacitors se on erittäin monimutkainen, ja niihin tallennetut energiayksikkökustannukset ovat siis paljon korkeammat kuin muiden kondensaattorien, nousevat jopa 50 000? / kWh. Siitä huolimatta, suunnittelun yksinkertaisuuden, pienen koon, luotettavuuden, suuren hyötysuhteen (vähintään 95%) ja kestävyyden (useita miljoonia lataus- ja purkausjaksoja) vuoksi niitä alettiin käyttää sekä ajoneuvoissa että teollisuusvoimalaitoksissa sähkökemiallisten paristojen ja muut energian varastointivälineet. Ne ovat erityisen hyödyllisiä, kun energiaa kulutetaan lyhyiden pulssien muodossa (esimerkiksi polttomoottoreiden käynnistimen virrankulutusta varten) tai kun varastotilaan tarvitaan nopea (toinen) varaus. Esimerkiksi vuonna 2005 Shanghaissa aloitettiin ultrakondensaattoreiden linja-autojen pilottikäyttö, joiden kondensaattoripankki latautuu, kun bussi pysäköidään jokaiseen pysäkkiin.
Vanhimpana kondensaattorina ja samaan aikaan vanhimpana sähköenergian varaajana voidaan pitää meripihkan värisiä esineitä, joiden kreikkalainen filosofi Thales löysi elektrifikaation kitkan aikana villakankaalla vuoden 590 ympäri. H. Hän kutsui tätä ilmiötä myös elektroniseksi (kreikkalaisesta sanasta elektron, 'meripihka'). Ensimmäiset sähköstaattiset generaattorit, jotka keksittiin 1700-luvulla, koostuivat myös kuula- tai sylinterimäisistä kondensaattoreista, joiden pinnalle sähkövaraus voi kerätä, joka riittää aiheuttamaan purkausilmiöitä. Ensimmäistä todellista kondensaattoria pidetään edelleen vahvistuspullona, \u200b\u200bjoka keksittiin 11. lokakuuta 1745 amatöörifyysikon, Kamminin katedraalin (Cammin) katedraalin dekaani Ewald Jurgen von Kleistin (1700-1748) veden sähköistämistä koskevissa kokeissa (kuva 4). ;
Kuva 4. Lauhdutin Ewald Jürgen von Kleist.
1 pullo vedellä täytettyä
2 naulaa, jotka muodostavat ylävuorauksen vedellä,
3 johdin sähköstaattiseen generaattoriin,
4 metallilevyä (pohjalevy).
U-jännite
Tällä laitteella voidaan erottaa selvästi kaksi levyä ja niiden välinen dielektrisyys. Ensimmäisen litteän kondensaattorin valmisti vuonna 1747 lontoolainen lääkäri John Bevis (John Bevis, 1693–1771), ja termi kondensaattorin (it. Kondensaattori, ”paksuuntuminen”) otti käyttöön vuonna 1782 Pavian yliopiston kokeellisen fysiikan professori (Pavia, Italia) Alessandro Volta ( Alessandro Volta, 1745-1827). Ensimmäiset elektrolyyttikondensaattorit kehitti vuonna 1853 Konigsbergin fysiologisen instituutin (Konigsberg, Saksa) päällikkö German von Helmholtz (Hermann von Helmholtz, 1821–1894), ja ensimmäinen huokoisilla grafiittielektrodilla varustettu ultrakondensaattori annettiin patentoitavaksi vuonna 1954 sähkötekniikan alan tutkijan (Genera General Electric, Yhdysvallat) Howard I. Becker. Ultrakondensaattorien käytännön käyttö alkoi kehittyä nopeasti 2000-luvun alkuvuosina.
Kondensaattori on sähköpiirin osa, joka koostuu levyjen johtavista elektrodeista, jotka on erotettu dielektrisellä erotuksella ja tarkoitettu sen kapasitanssin käyttämiseen. Kondensaattorin kapasiteetti - on kondensaattorin varauksen suhde potentiaalieroon, jonka varaus kertoo kondensaattorille.
Orgaanisia ja epäorgaanisia materiaaleja, mukaan lukien joidenkin metallien oksidikalvot, käytetään dielektrisinä kondensaattoreissa. Kun kondensaattoriin kohdistetaan vakiojännite, se latautuu; tämä vie jonkin verran työtä, joka ilmaistaan \u200b\u200bjouleina.
Kondensaattoreita käytetään melkein kaikilla sähkötekniikan aloilla. Kondensaattoreita (yhdessä induktorien ja / tai vastusten kanssa) käytetään rakentamaan erilaisia \u200b\u200bpiirejä, joilla on taajuusriippuvaisia \u200b\u200bominaisuuksia, erityisesti suodattimia, takaisinkytkentäpiirejä, värähteleviä piirejä jne.
Toissijaisissa teholähteissä kondensaattoreita käytetään tasasuuntaamaan puhdistetun jännitteen aalto.
Teollisuuden sähkötekniikassa kondensaattoreita käytetään kompensoimaan reaktiivista tehoa ja korkeammissa harmonisissa suodattimissa.
Kondensaattorit pystyvät keräämään suuren varauksen ja aiheuttamaan levyille suuren jännityksen, jota käytetään erilaisiin tarkoituksiin, esimerkiksi kiihdytettyjen hiukkasten tai lyhytaikaisten voimakkaiden sähköpurkausten aikaansaamiseksi.
Pienten siirtymien mittausanturi (IP): pieni muutos levyjen välisessä etäisyydessä vaikuttaa kondensaattorin kapasitanssiin erittäin huomattavasti. Ilman, puun IP-kosteus (dielektrisen koostumuksen muutos johtaa kapasiteetin muutokseen).
Nestemäärämittari. Ei-johtava neste täyttää tilan kondensaattorilevyjen välillä, ja kondensaattorin kapasitanssi vaihtelee tason mukaan.
Vaiheensiirtokondensaattori. Tällainen kondensaattori on välttämätön yksivaiheisten asynkronisten moottoreiden käynnistämiseksi ja joissain tapauksissa toiminnan aloittamiseksi. Sitä voidaan käyttää myös kolmivaiheisten asynkronisten moottorien käynnistämiseen ja käyttöön, jotka saavat yksivaihejännitettä.
Akun sähköenergia. Tässä tapauksessa kondensaattorilevyillä tulisi olla melko vakio jännitteen ja purkausvirran arvo. Lisäksi itse vastuuvapauden olisi oltava ajallisesti merkittävä.
Kondensaattoreita käyttävien sähköajoneuvojen ja hybridien kokeellinen kehittäminen on käynnissä. On myös joitain raitiovaunumalleja, joissa kondensaattoreita käytetään vetovoiman moottorien ohjaamiseen virrattomilla osilla.
Kondensaattorien luokittelu.
Kuvio 1
Kaavioiden symboli.
Kondensaattorit jaetaan tarkoituksesta riippuen kahteen suureen ryhmään: yleiseen ja erityiseen tarkoitukseen.
Yleiskäyttöiseen ryhmään kuuluvat laajalti käytetyt kondensaattorit, joita käytetään useimmissa laitetyypeissä ja luokissa. Perinteisesti se sisältää yleisimmät pienjännitekondensaattorit, joille ei aseteta erityisvaatimuksia.
Kaikki muut kondensaattorit ovat erityisiä. Näitä ovat: korkeajännite, pulssi, melunvaimennus, dosimetrinen, käynnistys jne.
Asennusmenetelmästä riippuen voidaan valmistaa kondensaattoreita painettuun ja seinäasennettavaksi, samoin kuin osaksi mikromoduuleja ja mikropiirejä tai niiden kanssa liitäntöihin. Lauhdutinliittimet seinälle asentamista varten voivat olla jäykkiä tai pehmeitä, aksiaalisia tai säteittäisiä, pyöreästä langasta tai nauhasta, terälehteiden muodossa, kaapelitulolla, läpiviennit, tukiruuvit jne. Muodossa.
Kondensaattoreita suojellaan ulkoisilta vaikutuksilta luonteen vuoksi: suojaamattomina, suojattuina, eristämättöminä, eristettynä, sinetöityinä ja suljettuina.
Suojaamaton kondensaattori sallii toiminnan kosteissa olosuhteissa vain osana suljettuja laitteita. Suojatut kondensaattorit mahdollistavat toiminnan kaikissa malleissa. Eristämättömät kondensaattorit (pinnoitteella tai ilman) eivät anna laitteen rungon koskettaa niiden alustaa. Eristetyillä kondensaattoreilla on melko hyvä eristyspinnoite, ja ne antavat rungon koskettaa laitteita. Suljettujen kondensaattorien rungon rakenne on suljettu orgaanisilla materiaaleilla. Suljetuissa kondensaattoreissa on suljettu kotelomuoto, joka eliminoi mahdollisuuden kommunikoida ympäristön ja sen sisätilojen välillä. Tiivistys tehdään keraamisilla ja metallikoteloilla tai lasipulloilla. Dielektristen tyyppien mukaan kaikki kondensaattorit voidaan jakaa ryhmiin: orgaanisten, epäorgaanisten, kaasumaisten ja oksidielektristen kanssa.
Kondensaattorin ominaisuudet
Kondensaattori ei läpäise tasavirtaa ja on eriste siihen.
Vaihtovirtaan kondensaattori ei ole este. Kondensaattorin resistanssi (kapasitiivinen resistanssi) vaihtovirralle pienenee sen kapasitanssin ja virtataajuuden kasvaessa, ja päinvastoin, kasvaa kapasitanssin ja virran taajuuden pienentyessä.
Kondensaattorin ominaisuutta tarjota erilainen vastus vaihtovirtaan käytetään laajasti. Kondensaattoreita käytetään suodattamiseen, erottamaan eräät taajuudet muista, erottamaan muuttuva komponentti vakiosta ...
Mistä kondensaattorit on tehty?
Yksinkertaisin kondensaattori koostuu 2 metallilevystä (levystä), erotettuna eristeellä (dielektrinen). Jos yksi kondensaattorilevy on positiivisesti varautunut ja toinen negatiivinen, silloin vastakkaiset varaukset, jotka ovat kiinnostuneita toisiinsa, pidetään levyillä. Siksi kondensaattori voi olla sähköenergian varastointi.
Kondensaattorilevyt ovat yleensä alumiinia, kuparia, hopeaa, tantaalia. Dielektrisenä materiaalina käytetään erityistä kondensaattoripaperia, kiillettä, synteettisiä kalvoja, ilmaa, erikoiskeramiikkaa jne.
Kalvovuorilla ja monikerroksisilla dielektrisillä kalvoilla voidaan valmistaa rullatyyppisiä kondensaattoreita, joiden ominaisvarastointikapasiteetti on välillä 0,1 J / kg - 1 J / kg tai välillä 0,03 mWh / kg - 0,3 mWh / kg. Pienen ominaisvarastointikapasiteetin takia tällaiset kondensaattorit eivät sovellu merkittävän määrän energian pitkäaikaiseen varastointiin, mutta niitä käytetään laajalti vaihtovirtapiirien reaktiivisen energian lähteinä ja kapasitiivisina vastuksina. Huomattavasti tehokkaammin energiaa voidaan kerätä elektrolyyttikondensaattoreihin, joiden periaate on esitetty kuviossa 1. 2.
1 metallilevy tai folio (alumiini, tantaali tai muut),
2 metallioksidielektristä (Al2O3, Ta2O5 tai muut),
3 paperia jne., Kyllästetty elektrolyytteillä (H3BO3, H2SO4, MnO2 tai muilla) ja glyserolilla. Koska dielektrisen kerroksen paksuus on tässä tapauksessa yleensä 0,1 μm, nämä kondensaattorit voidaan valmistaa erittäin suurella kapasiteetilla ( korkeintaan 1 F), mutta suhteellisen alhaisella jännitteellä (yleensä muutama volttia).
Ultrakondensaattoreilla (superkondensaattoreilla, ionisaattoreilla) voi olla myös suurempi kapasitanssi, jonka vuoraus on kaksinkertainen sähkökerros, jonka paksuus on useita kymmenesosaa nanometristä, mikrohuokoisesta grafiitista valmistetun elektrodin ja elektrolyytin välisellä rajapinnalla (kuva 3).
1 mikrohuokoinen grafiittielektrodi,
2 elektrolyyttiä
Tällaisten kondensaattoreiden levyjen efektiivinen pinta-ala saavuttaa huokoisuuden ansiosta 10 000 m2: aa / gramma elektrodimassaa, mikä mahdollistaa erittäin suuren kapasiteetin erittäin pienillä kondensaattorikokoilla. Tällä hetkellä ultrakondensaattoreita on saatavana jännitteisiin, jotka ovat korkeintaan 2,7 V ja kapasiteeteihin, jotka ovat korkeintaan 3 kF. Niiden erityinen säilytyskapasiteetti on yleensä välillä 0,5 Wh / kg - 50 Wh / kg, ja on prototyyppejä, joiden erityinen säilytyskapasiteetti on jopa 300 Wh / kg.
Ne ovat edullisia, kun energiaa kulutetaan lyhyiden pulssien muodossa (esimerkiksi polttomoottoreiden käynnistimen virrankulutusta varten) tai kun varastointilaitteen vaaditaan nopea (toinen) lataus. Esimerkiksi vuonna 2005 Shanghaissa aloitettiin ultrakondensaattoreiden linja-autojen pilottikäyttö, joiden kondensaattoripankki latautuu, kun bussi pysäköidään jokaiseen pysäkkiin.
Kun valitaan kondensaattori tietylle laitteelle, on otettava huomioon seuraavat seikat:
a) kondensaattorin kapasitanssin vaadittava arvo (μF, nF, pF),
b) kondensaattorin käyttöjännite (suurin jännitearvo, jolla kondensaattori voi toimia pitkään muuttamatta sen parametreja),
c) vaadittu tarkkuus (mahdollinen variaatio kondensaattorin kapasitanssiarvoissa),
g) kapasitanssin lämpötilakerroin (kondensaattorin kapasitanssin riippuvuus ympäristön lämpötilasta),
d) kondensaattorin stabiilisuus
f) kondensaattorin dielektrisen vuotovirta nimellisjännitteessä ja annetussa lämpötilassa. (Kondensaattorin dielektrinen resistanssi voidaan ilmoittaa.)
hakemus
Kaikissa radio- ja elektroniikkalaitteissa paitsi transistoreita ja mikropiirejä käytetään kondensaattoreita. Joissakin piireissä niitä on enemmän, toisissa vähemmän, mutta ilman kondensaattoreita ei käytännössä ole sähköisiä piirejä.
Samanaikaisesti kondensaattorit voivat suorittaa erilaisia \u200b\u200btehtäviä laitteissa. Ensinnäkin, nämä ovat säiliöitä tasasuuntaajien ja stabilointiaineiden suodattimissa. Kondensaattoreiden avulla signaali siirretään vahvistimen vaiheiden välillä, rakennetaan matala- ja korkeataajuiset suodattimet, asetetaan aikaviiveet viiveille ja valitaan värähtelytaajuus eri generaattoreissa.
Kondensaattorit saavat sukutaulunsa Leyden-purkista, jota hollantilainen tutkija Peter van Mushenbruck käytti kokeiluissaan 1800-luvun puolivälissä. Hän asui Leidenin kaupungissa, joten on helppo arvata, miksi tätä pankkia kutsuttiin.
Oikeastaan \u200b\u200btämä oli tavallinen lasipurkki, vuorattu sisälle ja ulkopuolelle tinakalvolla - staniolilla. Sitä käytettiin samoihin tarkoituksiin kuin modernia alumiinia, mutta silloin alumiini ei ollut vielä auki. Ainoa sähkön lähde oli tuolloin elektroforikone, joka kykeni kehittämään jopa useiden satojen kilovolttien jännitteen. Juuri häneltä he latasivat Leydenin purkin. Fysiikan oppikirjoissa kuvailtiin tapaus, jossa Mushenbrook purki tölkkinsä kymmenen käsissä pitävän vartijan ketjun kautta, jolloin kukaan ei tiennyt, että seuraukset saattavat olla traagisia. Isku osoittautui melko herkäksi, mutta ei tappavaksi. Se ei tullut tähän, koska Leyden-astian kapasiteetti oli merkityksetön, impulssi osoittautui erittäin lyhytaikaiseksi, joten purkausvoima oli pieni.
Kondensaattorit eivät ole vain radio- ja sähköpiirien elementtejä. Luonnossa kohtaamme luonnollisia kondensaattoreita ukkosmyrskyn aikana, kun vastakkaisesti ladatut pilvet purkautuvat toistensa tai maan suhteen. Salamamuodot ja ukkopuomit.
Kondensaattoreita käytetään laajalti teollisuusyritysten ja sähköistettyjen rautateiden syöttöjärjestelmissä vaihtovirran sähköenergian käytön parantamiseksi. E. P. s. Vetoneissa ja veturissa kondensaattoreita käytetään tasasuuntaajilta ja pulssikatkaisijoilta vastaanotetun pulsaatiovirran tasoittamiseen, sähkölaitteiden koskettimien kipinöiden ja radion kohinan torjumiseen, puolijohdemuuntajien ohjausjärjestelmiin ja myös apumoottorien virran edellyttämän symmetrisen kolmivaihejännitteen luomiseksi. Radiotekniikassa kondensaattoreita käytetään korkeataajuisten sähkömagneettisten aaltojen luomiseen, tasa- ja vaihtovirran sähköpiirien erottamiseen. 1. Radio- ja televisiolaitteissa värähtelevien piirien, niiden asetusten, estämisen, eri taajuuksilla olevien piireiden erottamisen, tasasuuntaajasuodattimien jne. Luomiseksi. d.
2. Tutkatekniikassa - suuremman tehon pulssien, pulssien muodostumisen jne. Saamiseksi.
3. Puhelimissa ja sähkeissä - vaihto- ja vakiovirtapiirien erottamiseen, eri taajuuksien virtojen erottamiseen, kipinöiden vaimennukseen koskettimissa, kaapelilinjojen tasapainottamiseen jne.
4. Automaatiossa ja telemekaniikassa - luodaan anturit kapasitiivisella periaatteella, erotetaan tasavirta- ja sykkivän virtapiirit, kipinänvaimennus koskettimissa, tyratronin pulssigeneraattoripiireissä jne.
5. Laskentalaitteiden tekniikassa - erityisissä tallennuslaitteissa jne.
6. Sähkömittaustekniikassa - kapasitanssinäytteiden luominen, muuttuvan kapasitanssin hankkiminen (kapasitanssikaupat ja laboratorion muuttuvat kondensaattorit), mittauslaitteiden luominen kapasitiivisella periaatteella jne.
7. Lasertekniikassa - voimakkaiden pulssien saamiseksi.
Nykyaikaisessa sähköteollisuudessa myös kondensaattorit löytävät erittäin monipuolisia ja vastuullisia sovelluksia:
parantaa tehokerrointa ja teollisuuslaitoksia (kosini- tai sekoituskondensaattorit);
pitkän matkan siirtojohtojen pitkittäiskorjauskapasitanssille ja jakeluverkkojen jännitteen säätämiselle (sarjakondensaattorit);
kapasitiivisen energian erottamiseksi korkeajännitteisistä siirtojohdoista ja erityisten viestintälaitteiden ja suojalaitteiden (viestintäkondensaattorien) kytkemiseksi siirtojohtoihin;
ylijännitesuojaus;
käytettäväksi jännitepulssien (GIN) piireissä ja voimakkaiden virtapulssien (GIT) generaattoreissa, joita käytetään sähkölaitteiden testaamiseen;
sähköpurkaushitsaukseen;
kondensaattorimoottorien (käynnistyskondensaattoreiden) käynnistämiseksi ja halutun vaihesiirron luomiseksi näiden moottorien lisäkäämityksessä;
loistelampuilla varustetuissa valaistuslaitteissa;
vaimentaa sähkökoneiden ja sähköistettyjen ajoneuvojen liikkuvan kaluston aiheuttamat radiohäiriöt.
Elektroniikan ja sähkövoiman lisäksi kondensaattoreita käytetään muilla kuin sähköisillä tekniikan ja teollisuuden aloilla seuraaviin päätarkoituksiin:
Metalliteollisuudessa - metallien sulatusta ja lämpökäsittelyä koskevissa korkeataajuuslaitoksissa, elektroerosivisissa (kipinä) asennuksissa, metallien magneettiseen pulssikäsittelyyn jne.
Kaivosteollisuudessa (hiili, metallimalmi jne.) - kaivoskuljetuksissa lauhdutinlaitteiden normaalien ja korkeiden taajuuksien (kosketuksettomat) veturit, sähköhydrauliikkavaikutusta käyttävissä sähköräjähdyslaitteissa jne.
Autotekniikassa - sytytyspiireissä kipinöiden vaimentamiseksi koskettimissa ja radiohäiriöiden vaimentamiseksi.
Lääketieteellisessä tekniikassa - röntgenlaitteissa, sähköhoitolaitteissa jne.
Atomienergian käytön tekniikassa rauhanomaisiin tarkoituksiin - dosimetrien valmistukseen, lyhytaikaiseen suurten virtojen tuottamiseen jne.
Valokuvatekniikassa - ilmakuvaukseen, salaman vastaanottamiseen tavallisen valokuvauksen aikana jne.
Sovellusten moninaisuus määrittelee erittäin laajan valikoiman kondensaattoreita, joita moderni tekniikka käyttää. Siksi pienikokoisten kondensaattoreiden ohella, joiden paino on alle gramma ja joiden koko on useita millimetrejä, löydät kondensaattoreita, joiden paino on useita tonneja ja joiden korkeus ylittää ihmisen korkeuden. Nykyaikaisten kondensaattorien kapasiteetti voi vaihdella pikofaradien fraktioista useisiin kymmeniin ja jopa satoihin tuhansiin mikrofaradien yksikköä kohti, ja nimellinen käyttöjännite voi vaihdella useista volteista useisiin satoihin kilovolteihin.
Kondensaattorin tehtävä elektronisessa piirissä on kerätä sähkövarausta, erottaa virran vakio- ja muuttuvakomponentit, suodattaa aaltovirta ja paljon muuta.
Neuvostoliiton aikoina, jolloin moniin kiinteisiin elektronisiin kelloihin syötettiin pistorasiaa, eikä kompakteja ja halpoja paristoja ollut vielä keksitty, käsityöläiset panivat kondensaattorit sinne, jotta jos esimerkiksi sähköä menettäisi lyhyen aikaa, ne voisivat toimia eikä hidastua.
§ 1.1. Toiminnot ja sovellukset
Sähkökondensaattorit elektronissa
ny, radiotekniikka, sähkötekninen
ja sähkövoimalaitteet
toimivat energian varastointilähteenä
nikkeli, jolla on reaktiivinen teho, taajuudesta riippuvainen
simogo reaktanssi. Suoritettu
he tekevät tämän kykynsä takia
kerätä sähköenergiaa,
ja anna se sitten kuormapiirille.
Suurvirran pulssit käyttämällä
käytetään luomaan äärimmäistä
magneettikentän voimakkuuden ja voiman perusteella
kaarevat kaasut ja neste
Pulssit korkeat ja erittäin korkeat
jännitteitä käytetään huipputekniikassa
stressit testauksessa ja tutkimuksessa
luottamuksellisiin tarkoituksiin.
Kapasitiivinen energian varastointi
käytetään tutkimuslaitoksissa
plasmafysiikka, lämpöydinreaktiot,
elektronisten laitteiden kiduttaminen
rotechnologiset laitteet (magneettinen
pulssileimaus, asennus, käyttö-
elektrohydraulinen isku,
pulssisähköhitsaus, magnetointi,
ultraäänitekniikka, sähköpuisto
prosessointitekniikka, elektroplasma
hajotus jne.). Tallennuskondensaattorit
käytetään laajasti erilaisissa laitteissa
pulssiviestintä, tutka,
navigointi, pulssisilla valonlähteillä
että (korkean intensiteetin lähteet - lam
pölyvälit, signaaliasennukset - touko-
ki, optiset kvanttigeneraattorit - la-
zera jne.), pulssiröntgen
Kondensaattoreita käytetään tekniikassa
seisminen tutkimus (sähköodynaaminen im-
maapallon elastisten aaltojen sykeheräte
cortex) räjäyttämään räjähdysaineet,
dicine (pulssidefibrillaattori)
Sähkögeneraattoreiden käyttölaitteet
nykyiset pulssit voivat olla yksinkertaisimpia (tuumaa)
kondensaattorin tai kondensaatiopariston muodossa
tori) ja monimutkaisempia (keinotekoisia
pitkät siimat, esimerkiksi ketju
valaisin tai sarja rinnakkaisia \u200b\u200bLC-
muodostajat).
Niissä kondensaattorit ovat suhteellisen pitkiä
ne keräävät sähköenergiaa
suhteellisen vähän virranlähdettä, ja
anna se nopeasti kuormaan. Nako-
kondensaattoreita käytetään
erityisesti älykkäät pohjakondensaattorit
jännityksen asukkaat.
Päätyönkulku lukumäärässä
laitteet, joilla on kapasitiivinen energian varastointi
gii ei anna häntä takaisin kuormaan, mutta
kertymistä. Kondensaattorin kapasiteetti
kerää nopeasti sähköenergiaa
giyua käytetään luomaan erilaisia
sähkösuojauslaitteet
malmi ja sen elementit ylijännitteestä -
ukkosmyrskyä tai
mutaatio-ilmiöt. Tämä ominaisuus, ja
myös suhteellisen pienet mitat, sinä-
korkea kondensaattoreiden luotettavuus johtuu
erityisesti niiden laaja käyttö
tehokkaat vaimennusketjut
korkeajännitemuuntimet, korkea-
jännitteen tasaaminen sekvenssissä
mutta venttiilit ovat päällä.
Tyristorimuuntimissa (sinä-
tasasuuntaajat, invertterit, pulssisäätimet
), kosketuksettomassa kytkimessä
kondensaattorien käyttö
pakottaa päälle ja pois
diodien ja venttiilien epätäydellinen ohjaus
lyaemostyu. Kytkentäkondensaattorit
kosketuksettomissa laitteissa toimivat
kumulatiivisessa tilassa, ennen kuin
kouluttajien työnkulut yleensä-
mutta ovat varausta ja purkua (tai
lataus) kondensaattorin.
Kondensaattorin ominaisuus kerätä
käyttää laajasti sähköenergiaa -
tukahduttaa impulssimelu
erilaisia \u200b\u200belektronisia laitteita
tietokonemuistisolujen luominen, integrointi
niya ja erottelu sähkö
signaalit (analogiset tietokoneet, auto
tomaatit, johto jne.).
Laajassa käytössä
kondensaattorien ominaisuudet niiden sovelluksessa
monissa pulssilaitteissa
pieni teho: pulssigeneraattoreissa
erityismuodon virta ja jännite
(käyttöönotto, mittauslaitteet)
va n t). itsensä värähtelyssä ja laskeutumisessa
lähtölaitteet. Kondensaattorit toimivat usein reaktiivisen energian lähteenä.
noSt. Tämä ominaisuus ilmenee silloin
kun muuttuja vaikuttaa niihin
(yleensä sinimuotoinen)
jännite. Lauhteen läpi virtaava virta
torus, eteenpäin jännitteestä kulmalla lähellä
k π / 2, ts. kondensaattori, melkein ei
kuluttaa aktiivista tehoa, tuottaa
reaktiivinen. Tätä kykyä käytetään.
lisätä tehokerrointa
sähkönkuluttajat
osittainen tai täydellinen korvaus heistä
reaktiivinen teho, joka vähentää häviöitä
energia generaattoreissa, muuntajissa,
sähköverkot, lisää kestävyyttä
sähköjärjestelmien rinnakkainen toiminta,
vakauttaa kuluttajille aiheutuvaa stressiä.
Parantaa rinnakkais-
pala työ ja läpijuoksu
voimajohdot sekä parantaa
sähköjärjestelmien toimintatavan ratkaisut
muuta pitkittäiskorjausasetuksia
, joiden pääelementti ovat
tehokkaat kondensaattoripankit
induktiivinen korvaus
korkeajännitejohtojen vastus
voimansiirto. Pitkittäinen asennus
reaktiivisen tehon kompensointi
sitoa sähköistettyyn rautaan
Äskettäin lauhdeakut
teräksen pituussuuntainen kompensointi
malmin sulattajille
suuritehoiset uunit (tuhansia kymmenen
ki tuhansia kilowatteja), ts. kun
muuttuva kuorma.
Pitkittäinen kapasitiivinen kompensointi
reaktiivinen teho tehokkaasti
käytetään asynkronisten koneiden käynnistämiseen
suuri teho, kun virtalähteenä on
korkea vastus (linjat
riittämätön teho ja suhteellisen
pitkä pituus). Voimajärjestelmissä
kondensaattoreita käytetään paristoissa
pitkittäis- ja poikittaiskeskipiste
kylpy reaktiivisen tehon kompensointi.
Ne vähentävät energiahäviöitä.
gii ja parantaa energian käyttötapoja
järjestelmät (yhdessä voimalaitosten kanssa)
syötä tarvittava jännite
solmut ja energiavirrat). Molemmissa lajeissa
sarjassa käytetyt paristot
suuren määrän rinnakkaisliitäntä
yksikkökondensaattorit.
Kondensaattoreita ei käytetä laajalti.
vain keskitetyt asennukset
reaktiivisen tehon kompensointi mutta myös
asennukset ryhmälle ja yksilölle
ei korvausta. Tällaiset esimerkit voivat
voi toimia valaistuksen kondensaattoreina
kov purkauslampuilla, alkaen
ja yksivaiheisten asy-
krooniset sähkömoottorit (tässä tapauksessa
kondensaattoreiden päätehtävä on
on luomassa vaihesiirtoa π / 2
moottorin käämien virtojen välillä),
tiheämpi vahvistimet erittäin alhainen
tehokertoimen induktio
sähkötermiset asennukset teollisuus
noah ja korkeat taajuudet. Ryhmä ja
yksilöllinen reaktiivinen korvaus
kuluttajavoimalla on suuri taloudellinen vaikutus vähentymisen yhteydessä
energiahäviöt siirron aikana vähentäen
huippujännitteen pudotus
energiaverkkojen jälleenrakentaminen (johtuen
riittämättömät virtalähdejohdot,
muuntajat jne.).
Kondensaattorien kyky kompensoida
kuluttajien reaktiivinen teho
sähköä ei käytetä vain
taajuus 50-6 0 Hz, mutta myös lisääntynyt
toimintataajuudet, esimerkiksi ajoneuvojen järjestelmät
nuo ajoneuvot sähkötermiset
taivaan asennukset. Tässä tapauksessa merkittävä
mutta massa ja mitat pienenevät ensisijaisesti
th generaattori.
Kompensointi reagenssikondensaattoreilla
asynkronisen koneen teho sallii
luo asynkronisia generaattoreita
tehokas muuttuvalla nopeudella
päämoottori (hydraulinen
kaasu, kaasuturbiinit). Ne kondensoituvat
ry tarjoavat magneettisen virityksen
virtauksen ja reaktiivisen tehon kompensointi
noSt kuormitus.
Täydellinen kompensointi kondensaattoreilla
reaktiivisen tehon kelat induktiiviset
esiintyy myös voimakkaissa ruteissä
generaattoreiden säteittäiset piirit
lähettimet. Mahdotonta ilman kondensaattoreita
näiden laitteiden toiminta korkea
hyötytekijä ja pieni
rangaistukset sekä kivun tuottaminen
shih aktiiviset kapasiteetit.
Toinen kondensaattorien ominaisuus on
ota reagointikykysi kun
vaihtovirta käänteisesti
taajuus (x c \u003d 1/2 π / C) on leveä noin
kun luot erilaisia \u200b\u200bsuodattimia
radiotekniikka, elektroniikka, sähkö
tekniset laitteet
erilaisten jännitteiden ja virtojen erottaminen
Alipäästö-, ylipäästösuodattimet
pöllö ja lovi edustavat
taistelu on yhdistelmä induktiivista ja kapasitiivista,
resistiiviset ja kapasitiiviset elementit, is-
ovat olennainen osa useimpia
elektroniset ja radiolaitteet.
Suodattimia käytetään myös energia-
iCal sovellukset. Heidän avullaan, vähän virtaa
käytetyt korkeataajuiset signaalit
viestintä, telemekaniikka, järjestelmät
hätävalvonta ja muut tarkoitukset,
erotettuna teollisuuden rasituksista
korkeajännitetaajuudet. voima
suodattimia käytetään sähkössä
ke lähentää jännitteen muotoa
sinimuotoinen lähteiden läsnä ollessa
korkeammat harmoniset (tasasuuntaajat), kaari
lähtöuunit jne.), tehopuolijohteissa
lempinimi muuntimet toimivat
offline-tilassa tai verkkovetoisessa tilassa.
Reaktiivisissa resonanssisuodattimissa
jännitteen kertoimet ja muut laitteet
resonanssiominaisuuksia käytetään.
kondensaattoreista koostuvat piirit
duktnvnostey.
Kondensaattoreita käytetään suodattimissa.
ei vain muuttuva, mutta n pysyvä
virta, jossa hyödyllinen komponentti
on vakiojännite ja tehtävä
suodatin koostuu luodien tasoituksesta
jännityksen vahvistaminen (vähentämällä
muuttuva komponentti), ts. tässä on sama
väliaikaisesti käytetty
kondensaattori kerätä energiaa ja vähentää
sen vastus taajuudella. sellainen
suodattimia käytetään virtalähteissä
erilaiset sähkö- ja sähkötekniikka-
esimerkiksi korkeajännitteisissä laitteissa
sähköstaattiset maalausasennukset
ki, kaasun puhdistus, pulssistabiloinnissa
jännite tori, EV M jne.
Kondensaattorien ominaisuus vähentää niiden kondensaattoreita
vastus kasvavien taajuuksien syiden vuoksi-
kaataa niiden laajan käytön sähköisessä muodossa
radio - ja elektroniikkalaitteet
esto tai tukkeuma-
haukkumielementti. Kondensaattorin rooli
tämä ja aikaisemmissa tapauksissa päättelevät
tavoitteena on sulkea korkeataajuuspolku
kokonaisvirroista, estämättä niiden pääsyä
laitteen muiden piirien ja elementtien kautta
ruoka, esimerkiksi sähköverkossa.
Kondensaattorit ovat välttämättömiä
elementin vaihesiirtopiirit
automaatiojärjestelmien automaatiolaitteet,
ohjaus LC- ja RC-generaattoreissa
aktiiviset suodattimet jne.
Yksi monista tehtävistä
pestään kondensaattoreilla, päättelee
sya vaihtojännitteen jakautumisessa,
suoritetaan erilaisilla muutoksilla
s korkeajännitepiireissä, sähkössä
testijärjestelmät
uusi, yhtenäisessä jakelussa
vetolujuus
tukkoiset korkeajännitekytkimet ja
muihin tarkoituksiin.
Kondensaattoreita käytetään laajalti:
Kapasitiivisissa jännitteenjakajissa
energian valintaan korkeajännitteestä
voimansiirto (pienellä teholla)
kondensaattorin näytteenottokustannukset
alhaisemmat energianottolaitteen kustannukset
käyttäen tavanomaisia \u200b\u200bmuuntajia);
Kuten virranrajoittimen vastus
miinanvalonlähteet, lamput
hehkulamppu sekä pienitehoinen
akkulaturi;
Toissijaisissa teholähteissä
erityisominaisuudet (stabilisaatio-
virta, jännite);
kapasitiiviset induktorit
toimittaa vakiovirran syöttämiseksi
plasmatekniikan asennukset, hitsaus
Induktiiviset kapasitiiviset laitteet
vaihdella ja tasapainottaa jännitettä
kolmivaiheinen verkko epätasapainoisen läsnäollessa
metristen kuluttajien lisäksi
vaihejakajat vaaditaan
kolmivaiheisten kuluttajien toimittamiseen
yksivaiheisesta verkosta.
Siten soveltamisala
kondensaattorit ovat tarpeeksi leveitä: energiaa
teak, teollisuus, kuljetus, laitteet
viestintä, automaatio, lähetys, sijainti,
mittaus- ja laskentalaitteet
Viitekirja
sähköllä
kondensaattorit
Yleistä tietoa
valinta ja hakemus
Toimittanut
teknillisten tieteiden kandidaatti
V. V. Yermuratskog noin
Kaikissa radio- ja elektroniikkalaitteissa paitsi transistoreita ja mikropiirejä käytetään kondensaattoreita. Joissakin piireissä niitä on enemmän, toisissa vähemmän, mutta ilman kondensaattoreita ei käytännössä ole sähköisiä piirejä.
Samanaikaisesti kondensaattorit voivat suorittaa erilaisia \u200b\u200btehtäviä laitteissa. Ensinnäkin, nämä ovat säiliöitä tasasuuntaajien ja stabilointiaineiden suodattimissa. Kondensaattorien avulla signaali siirretään vahvistimen vaiheiden välillä, rakennetaan matala- ja korkeataajuiset suodattimet, asetetaan aikaviiveet viiveille ja valitaan värähtelytaajuus eri generaattoreissa.
Kondensaattorit saavat sukutaulunsa Leyden-purkista, jota hollantilainen tutkija Peter van Mushenbruck käytti kokeiluissaan 1800-luvun puolivälissä. Hän asui Leidenin kaupungissa, joten on helppo arvata, miksi tätä pankkia kutsuttiin.
Oikeastaan \u200b\u200btämä oli tavallinen lasipurkki, vuorattu sisälle ja ulkopuolelle tinakalvolla - staniolilla. Sitä käytettiin samoihin tarkoituksiin kuin modernia alumiinia, mutta silloin alumiini ei ollut vielä auki.
Ainoa sähkön lähde oli noina päivinä elektroforikone, joka kykeni kehittämään jopa useiden satojen kilovolttien jännitteen. Juuri häneltä he latasivat Leydenin purkin. Fysiikan oppikirjoissa kuvataan tapaus, jolloin Mushenbrook purki tölkkinsä kymmenen käsissä pitävän vartijan ketjun kautta.
Tuolloin kukaan ei tiennyt, että seuraukset voisivat olla traagisia. Isku osoittautui melko herkäksi, mutta ei tappavaksi. Se ei tullut tähän, koska Leyden-astian kapasiteetti oli merkityksetön, impulssi osoittautui erittäin lyhytaikaiseksi, joten purkausvoima oli pieni.
Kuinka kondensaattori on?
Kondensaattorin laite ei käytännössä eroa Leyden-purkista: kaikki samat kaksi levyä, erotettu dielektrisellä erolla. Näin kondensaattorit esitetään nykyaikaisissa sähköpiireissä. Kuvio 1 esittää kaavamaisen tasaisen kondensaattorin rakenteen ja kaavan sen laskemiseksi.
Kuva 1. Litteä kondensaattori
Tässä S on levyn pinta-ala neliömetrinä, d on levyjen välinen etäisyys metreinä, C on kapasitanssi faradeissa, ε on väliaineen dielektrisyysvakio. Kaikki kaavaan sisältyvät arvot ilmoitetaan SI-järjestelmässä. Tämä kaava pätee yksinkertaisimpaan tasaiseen kondensaattoriin: Voit yksinkertaisesti asettaa viereen kaksi metallilevyä, joista tehdään johtopäätöksiä. Ilma voi toimia eristeenä.
Tästä kaavasta voidaan ymmärtää, että kapasitanssi on sitä suurempi, mitä suurempi levyjen pinta-ala ja pienempi etäisyys niiden välillä. Kondensaattoreille, joilla on erilainen geometria, kaava voi olla erilainen esimerkiksi yhden johtimen tai sähkökaapelin kapasitanssille. Mutta kapasitanssin riippuvuus levyjen pinta-alasta ja niiden välisestä etäisyydestä on sama kuin tasaisen kondensaattorin: mitä suurempi ala ja pienempi etäisyys, sitä suurempi kapasitanssi on.
Itse asiassa levyt eivät aina ole tasaisia. Monille kondensaattoreille, esimerkiksi paperille, levyt ovat alumiinifoliota, joka on valssattu yhdessä paperi-eristeen kanssa tiukassa kuulassa, metallikotelon muodossa.
Sähkölujuuden lisäämiseksi ohut kondensaattoripaperi kyllästetään eristyskoostumuksilla, useimmiten muuntajaöljyllä. Tämän suunnittelun avulla voit tehdä kondensaattoreita, joiden kapasiteetti voi olla jopa useita satoja mikrofaadeja. Kondensaattorit muiden dielektristen laitteiden kanssa on järjestetty samalla tavalla.
Kaava ei sisällä rajoituksia levyjen S pinta-alalle ja levyjen väliselle etäisyydelle d. Jos oletetaan, että levyt voidaan levittää hyvin kauas, ja samalla tehdä levyjen pinta-alasta hyvin pieni, silti jonkin verran kapasiteettia, vaikkakin pieni, säilyy. Tämä päättely viittaa siihen, että jopa kahdella naapurimaassa sijaitsevalla johtimella on sähkökapasitanssi.
Tätä olosuhdetta käytetään laajasti suurtaajuustekniikassa: joissain tapauksissa kondensaattorit valmistetaan yksinkertaisesti piirilevyjen muodossa tai jopa vain kahdella johdolla, jotka on kierretty yhteen polyetyleenieristeessä. Tavallisilla lankanuudeleilla tai kaapelilla on myös kapasiteetti, ja sen kasvaessa pituus kasvaa.
Kapasitanssin C lisäksi millä tahansa kaapelilla on myös vastus R. Molemmat nämä fysikaaliset ominaisuudet jakautuvat kaapelin koko pituudelle, ja pulssisignaalien lähettäessä ne toimivat integroivana RC-ketjuna, kuten kuvassa 2 on esitetty.
Kuva. 2
Kuvassa kaikki on yksinkertaista: tässä on piiri, tässä on tulosignaali, mutta tässä se on ulostulossa. Impulssi vääristyy tuntemattomana, mutta se tehdään tarkoituksella, jota varten piiri kootaan. Sillä välin puhumme kaapelin kapasitanssin vaikutuksesta pulssisignaaliin. Impulssin sijasta sellainen “kello” ilmestyy kaapelin toiseen päähän, ja jos impulssi on lyhyt, se ei välttämättä pääse kaapelin toiseen päähän ollenkaan, se on kokonaan poissa.
Historiallinen tosiasia
Tässä on aivan tarkoituksenmukaista palauttaa mieliin tarina siitä, kuinka transatlanttinen kaapeli asennettiin. Ensimmäinen yritys vuonna 1857 epäonnistui: sähkepisteet - viivat (suorakulmaiset pulssit) vääristyivät, joten mitään ei voitu purkaa 4000 km: n linjan toisessa päässä.
Toinen yritys tehtiin vuonna 1865. Siihen mennessä englantilainen fyysikko W. Thompson oli kehittänyt teorian tiedonsiirrosta pitkillä linjoilla. Tämän teorian valossa kaapelin reititys osoittautui onnistuneemmaksi, onnistuimme vastaanottamaan signaaleja.
Tätä tieteellistä roolia varten kuningatar Victoria myönsi tutkijalle ritarin ja lordi Kelvinin tittelin. Se oli pienen kaupungin nimi Irlannin rannikolla, jossa kaapeleiden asettaminen alkoi. Mutta tämä on vain sana, ja palaamme nyt kaavan viimeiseen kirjaimeen, nimittäin väliaineen die arvoon ε.
Hieman dielektrikasta
Tämä ε on kaavan nimittäjässä, joten sen lisäys merkitsee kapasiteetin kasvua. Useimmilla käytetyillä dielektrisillä aineilla, kuten ilmalla, lavsanilla, polyeteenillä, fluoroplastisella, tämä vakio on melkein sama kuin tyhjiössä. Mutta samaan aikaan on monia aineita, joiden dielektrisyysvakio on paljon suurempi. Jos ilmajäähdytin täytetään asetonilla tai alkoholilla, sen tilavuus kasvaa 15 ... 20 välein.
Mutta tällaisilla aineilla on korkean e: n lisäksi myös riittävän korkea johtavuus, joten sellainen kondensaattori ei pidä varausta hyvin, se purkautuu nopeasti itsestään. Tätä haitallista ilmiötä kutsutaan vuotovirraksi. Siksi dielektrikoille kehitetään erityisiä materiaaleja, jotka kondensaattoreiden suurella ominaiskapasitanssilla tarjoavat hyväksyttäviä vuotovirtoja. Tämä selittää kondensaattorityyppien ja -tyyppien monimuotoisuuden, joista kukin on suunniteltu erityisolosuhteisiin.
Elektrolyyttinen kondensaattori
Elektrolyyttikondensaattoreilla on suurin ominaiskapasiteetti (kapasiteetti / tilavuussuhde). "Elektrolyyttien" kapasiteetti on jopa 100 000 mikrotaajuutta, käyttöjännite 600 V. Tällaiset kondensaattorit toimivat hyvin vain matalilla taajuuksilla, useimmiten virtalähteiden suodattimissa. Elektrolyyttikondensaattorit kytketään päälle napaisuudella.
Tällaisissa kondensaattoreissa olevat elektrodit ovat ohut metallioksidikalvo, joten näitä kondensaattoreita kutsutaan usein oksidiksi. Tällaisten elektrodien välinen ohut ilmakerros ei ole kovin luotettava eriste, joten oksidilevyjen väliin johdetaan elektrolyyttikerros. Yleensä nämä ovat happojen tai emästen väkeviä liuoksia.
Kuvio 3 esittää yhtä näistä kondensaattoreista.
Kuva 3. Elektrolyyttinen kondensaattori
Kondensaattorin koon arvioimiseksi valokuvataan vieressä yksinkertainen tulitikkurasia. Kuvassa riittävän suuren kapasiteetin lisäksi näet myös prosenttipoikkeaman: vähintään 70% nimellisarvosta.
Noina päivinä, jolloin tietokoneet olivat suuria ja joita kutsuttiin tietokoneiksi, sellaiset kondensaattorit olivat asemissa (nykyaikaisessa kiintolevyssä). Tällaisten asemien tietokapasiteetti voi nyt aiheuttaa vain hymyn: 5 megatavua tietoa tallennettiin kahdelle levylle, joiden halkaisija oli 350 mm, ja itse laite painaa 54 kg.
Kuvassa esitettyjen superkondensaattoreiden päätarkoitus oli magneettisten päiden vetäminen levyn työalueelta äkillisen sähkökatkon aikana. Tällaiset kondensaattorit voisivat varastoida varauksen useita vuosia, mikä testattiin käytännössä.
Hieman alempana elektrolyyttikondensaattoreiden kanssa ehdotetaan tekemään joitain yksinkertaisia \u200b\u200bkokeita ymmärtääksesi mitä kondensaattori voi tehdä.
AC-piireissä työskentelemiseksi tuotetaan ei-polaarisia elektrolyyttikondensaattoreita, niiden hankkiminen jostakin syystä on erittäin vaikeaa. Tämän ongelman kiertämiseksi tavallisissa polaarisissa "elektrolyyteissä" on vastasekvenssit: plus-miinus-miinus-plus.
Jos polaarinen elektrolyyttikondensaattori sisältyy vaihtovirtapiiriin, se ensin lämpenee ja sitten kuuluu räjähdys. Kotimaiset vanhat kondensaattorit ovat hajallaan kaikkiin suuntiin, kun taas tuotuissa on erityinen laite, joka välttää kovaa laukausta. Tämä on pääsääntöisesti joko kondensaattorin pohjassa oleva poikkiläpivienti tai reikä, jossa on kumitulppa samassa paikassa.
He eivät pidä korotetun jännitteen elektrolyyttikondensaattoreista, vaikka napaisuus havaittaisiin. Siksi sinun ei tulisi koskaan laittaa "elektrolyyttejä" piiriin, jonka jännitteen tietylle kondensaattorille on odotettavissa olevan enimmäisarvo.
Joskus joillakin, jopa hyvämaineisilla foorumeilla, aloittelijat kysyvät: "Kaaviossa on kondensaattori 470µF * 16V, ja minulla on 470µF * 50V, voinko laittaa sen?" Kyllä, tietysti voit, mutta käänteistä korvaamista ei voida hyväksyä.
Kondensaattori voi varastoida energiaa
Tämän lausunnon käsitteleminen auttaa yksinkertaista kaaviota, esitetty kuvassa 4.
Kuva 4. Kondensaattoripiiri
Tämän piirin päähenkilö on elektrolyyttinen kondensaattori C, jonka kapasiteetti on riittävän suuri, jotta varauksen purkausprosessit etenevät hitaasti ja jopa erittäin selvästi. Tämä mahdollistaa piirin toiminnan havaitsemisen visuaalisesti taskulampun tavanomaisella valolla. Nämä valaisimet ovat jo kauan tienneet nykyaikaisiin LEDeihin, mutta heille tarkoitettuja polttimoita myydään edelleen. Siksi piirin kokoaminen ja yksinkertaisten kokeiden suorittaminen on erittäin helppoa.
Ehkä joku sanoo: “Miksi? Loppujen lopuksi kaikki on ilmeistä, ja vaikka luette kuvauksen ... ". Täällä ei näytä olevan mitään väitettä, mutta mikä tahansa, jopa yksinkertaisin asia, pysyy päässä pitkään, jos sen ymmärtäminen tapahtui käsien kautta.
Joten, piiri on koottu. Kuinka hän toimii?
Kaaviossa esitetyssä kytkimen SA asennossa kondensaattori C ladataan virtalähteestä GB piirin vastuksen R kautta: + GB __ R __ SA __ C __ -GB. Latausvirta kaaviossa on esitetty nuolella, jonka indeksi on iZ. Kondensaattorin latausprosessi on esitetty kuvassa 5.
Kuva 5. Kondensaattorin latausprosessi
Kuvio osoittaa, että kondensaattorin jännite kasvaa kaarevaa linjaa pitkin, matematiikassa nimeltään eksponentti. Latausvirta heijastaa suoraan latausjännitettä. Kun jännite kondensaattorin yli nousee, varausvirrasta tulee yhä vähemmän. Ja vasta alkuvaiheessa vastaa kuvassa esitettyä kaavaa.
Jonkin ajan kuluttua kondensaattori latautuu 0 V: sta virtalähteen jännitteeseen, piirissämme 4,5 V: iin. Koko kysymys on, kuinka tämä aika on määrittää kuinka kauan odottaa, milloin kondensaattori latautuu?
Tau-aikavakio τ \u003d R * C
Tässä kaavassa sarjaan kytketyn vastuksen ja kondensaattorin resistanssi ja kapasitanssi yksinkertaisesti kerrotaan. Jos korvataan ohmien resistanssilla, ilman SI-järjestelmää unohtamatta, kapasitanssia Faradeissa, tulos on sekunneissa. Tätä aikaa tarvitaan, jotta kondensaattori lataa jopa 36,8% virtalähteen jännitteestä. Vastaavasti lähes 100%: n varaukselta vaaditaan 5 * τ-aika.
Usein, jättämättä huomiotta SI-järjestelmä, ohmien vastus korvataan kaavassa ja kapasitanssi on mikrotaajuuksissa, sitten aika osoittautuu mikrosekuntina. Meidän tapauksessamme on helpompaa saada tulos sekunneissa, joille sinun täytyy yksinkertaisesti kertoa mikrosekunnit miljoonalla tai yksinkertaisemmin sanottuna siirtää pilku kuusi merkkiä vasemmalle.
Kuvassa 4 esitetyllä piirillä, jonka kondensaattori on 2000 μF ja vastuksen resistanssi 500 Ω, aikavakio on τ \u003d R * C \u003d 500 * 2000 \u003d 1 000 000 mikrosekuntia tai tarkalleen yksi sekunti. Siten joudut odottamaan noin 5 sekuntia, kunnes kondensaattori on latautunut täyteen.
Jos kytkin SA käännetään määritetyn ajan kuluttua oikeaan asentoon, kondensaattori C purkautuu EL-lampun kautta. Tässä vaiheessa tapahtuu lyhyt välähdys, kondensaattori purkautuu ja valo sammuu. Kondensaattorin purkusuunta on osoitettu nuolella, jonka indeksi on ip. Purkausaika määräytyy myös aikavakion τ avulla. Purkauskaavio on esitetty kuvassa 6.
Kuva 6. Kondensaattorin purkauskaavio
Kondensaattori ei läpäise tasavirtaa
Tämän lausunnon varmentamiseksi auttaa vielä yksinkertaisempi kaavio, kuten kuvassa 7 on esitetty.
Kuva 7. Piiri kondensaattorilla tasavirtapiirissä
Jos suljet kytkimen SA, seuraa pieni lyhyt polttimo, joka osoittaa, että kondensaattori C latautuu polttimen kautta. Latauskuvaaja on myös esitetty tässä: kun kytkin sulkeutuu, virta on suurin, kun kondensaattori latautuu, se pienenee ja hetken kuluttua se pysähtyy kokonaan.
Jos kondensaattori on hyvälaatuista, ts. pienellä vuotovirralla (itsepurkautuminen) kytkimen toistuva sulkeminen ei johda salamaan. Toisen salaman saamiseksi kondensaattori on purettava.
Kondensaattori tehosuodattimissa
Kondensaattori asetetaan yleensä tasasuuntaajan jälkeen. Useimmiten tasasuuntaajat tehdään puoliaallolla. Yleisimmät tasasuuntaajapiirit on esitetty kuvassa 8.
Kuva 8. Tasasuuntaajapiirit
Puoliaallon tasasuuntaajia käytetään yleensä melko usein tapauksissa, joissa kuormitusteho on merkityksetön. Tällaisten tasasuuntaajien arvokkain laatu on yksinkertaisuus: vain yksi diodi- ja muuntajakäämi.
Puoliaallon tasasuuntaajalle suodatinkondensaattorin kapasitanssi voidaan laskea kaavalla
C \u003d 1 000 000 * Po / 2 * U * f * dU, missä C on kondensaattori μF, Po on kuormitusteho W, U on jännite tasasuuntaajan ulostulossa V, f on vaihtojännitteen taajuus Hz, dU on aaltoamis amplitudi V.
Suuri lukumäärä 1 000 000 osoittimessa muuntaa kondensaattorin kapasitanssin Farads-järjestelmästä mikrofaradiksi. Nimittäjän kaksi edustavat tasasuuntaajan puolijaksojen lukumäärää: jos sen tilalle tulee puoli-aalto, yksikkö tulee näkyviin
C \u003d 1 000 000 * Po / U * f * dU,
Ja kolmivaiheisessa tasasuuntaajassa kaava on muodossa C \u003d 1 000 000 * Po / 3 * U * f * dU.
Superkondensaattori - ionistori
Äskettäin on ilmestynyt uusia, ns. Ionistori. Ominaisuuksiltaan se muistuttaa akkua, mutta sillä on useita rajoituksia.
Ionistori latautuu nimellisjännitteeseen lyhyessä ajassa, kirjaimellisesti muutamassa minuutissa, joten on suositeltavaa käyttää sitä varavirtalähteenä. Ionistorilaite on itse asiassa ei-polaarinen, ainoa asia, joka määrää sen napaisuuden, on tehtaan lataus. Jotta tulevaisuudessa ei sekoitettaisi tätä napaisuutta, se on merkitty + -merkillä.
Tärkeä rooli on ionisaattoreiden toimintaolosuhteissa. Lämpötilassa 70 ºC jännitteellä 0,8 nimellisestä korkeintaan 500 tunnin kestävyydestä. Jos laite toimii 0,6 jännitteellä nimellisestä ja lämpötila ei ylitä 40 astetta, asianmukainen toiminta on mahdollista vähintään 40 000 tunnin ajan.
Yleisimmät ionistorisovellukset ovat varavirtalähteet. Nämä ovat pääasiassa muistisiruja tai elektronisia kelloja. Ionistorin pääparametri on tässä tapauksessa pieni vuotovirta, sen itsensä purkautuminen.
Varsin lupaava on ionisaattoreiden käyttö yhdessä aurinkopaneelien kanssa. Se vaikuttaa myös kriittisyyteen varauksen kunnossa ja lähes rajattomaan määrään varauksen purkausjaksoja. Toinen arvokas ominaisuus on, että ionistori on huoltovapaa.
Lue sama
- Seinävalaisintyypit ja niiden käytön ominaisuudet
- Tietoja potentiaalieroista, sähkömoottorivoimasta ja jännitteestä
- Mitä mittari voi määrittää energiankulutuksen lisäksi
- Tietoja sähkötuotteiden laadun arviointiperusteista
- Mikä on parempi omakotitalolle - yksivaiheinen vai kolmivaiheinen tulo?
- Kuinka valita jännitteenvakain maalaistalolle
- Peltier-vaikutus: sähkövirran maaginen vaikutus
- Televisiokaapelin johdotuksen ja kytkemisen käytäntö asunnossa - prosessin ominaisuudet
- Johdotusongelmat: mitä tehdä ja kuinka korjata ne?
- T5-loistelamput: käyttömahdollisuudet ja ongelmat
- Sisäänvedettävät pistorasiat: käyttö- ja kytkentäkäytännöt
- Elektroniset vahvistimet. Osa 2. Äänenvahvistimet
- Sähkölaitteiden ja johdotusten oikea toiminta maatalossa
- Kohokohtia turvallisen jännitteen käytöstä kotona
- Tärkeät työkalut ja laitteet aloittelijoille elektroniikan opiskeluun
- Mikä on siirtymäkosketusvastus ja miten käsitellä sitä
- Jänniterele: mitkä ovat, kuinka valita ja kytkeä?
- Mikä on parempi omakotitalolle - yksivaiheinen vai kolmivaiheinen tulo?
- Kondensaattorit elektronisissa piireissä. Osa 2. Viestien välinen tiedonsiirto, suodattimet, generaattorit
- Kuinka tarjota mukavuutta riittämättömällä virransyötöllä
- Kuinka varmistaa ostaessasi konetta koneesta, että se toimii?
- Kuinka valita johtimen poikkileikkaus 12 voltin valaistusverkoille
- Vedenlämmittimen ja pumpun kytkentämenetelmä, jonka verkkovirta on riittämätön
- Induktorit ja magneettikentät. Osa 2. Sähkömagneettinen induktio ja induktanssi
- Operaatiovahvistimet. Osa 2. Täydellinen käyttövahvistin
- Mitä mikro-ohjaimet ovat (tarkoitus, laite, ohjelmisto)
- Pidennä pienikokoisen loistelampun käyttöikää (taloudenhoitaja)
- Palaute operaatiovahvistinpiirit
- Asunnon sähköjakelupaneelin vaihtaminen
- Sähköpiirin katkaisijoiden laite ja toimintaperiaate
- Esimerkki jännitesäätimen jakamisesta OEL-820 -kuormituksen optimoijan kanssa
- Rahoitus talonomistajan vastuun rajoissa
- Kuinka järjestää valaistus makuuhuoneessa?
- Miksi kuparia ja alumiinia ei voida kytkeä johdotukseen?
- Venttiilitoimilaitteen tai lauhdutinmoottorin nykyaikaistaminen taaksepäin
- Kuinka jatkaa ja asentaa virtalähteen kaapeli asuntoon
- Välireleet: tarkoitus, missä ne käytetään ja miten ne valitaan
kondensaattori (Sähkö, Kondensaattori - Eng.) - lyhytaikaisen sähköpiirin osa energian varastointi ja nopea tuotto kertyneelle. Soveltuu ketjuihin suodattimet virtapiirit mezhkaskadovyh yhteydet samoin kuin suodatus häiriöitä.
Tärkein ominaisuus on kapasiteetti. Mitattu farads (F, f). Farad luonnehtii sähkökenttien luomia varauksia.
Kondensaattorin kapasiteetti kasvaa suhteessa pinta-alaan reunukset ja pienenee niiden välisellä etäisyydellä. Toinen tärkeä kondensaattorin parametri on käyttöjännite. Tätä jännitettä ei oteta katosta, mutta sille on ominaista maksimijännite, jonka yläpuolella dielektrisen hajoaminen ja kondensaattorin vioittuminen tapahtuu. Laadukkaita kondensaattoreita alkaen itseään kunnioittavat valmistajaton vankka turvallisuusmarginaali ja ne voivat toimia hieman suuremmalla jännitteellä ilman seurauksia. Siksi juuri ne olisi hankittava paremman vakauden ja kestävyyden saavuttamiseksi.
siellä jakautua ja nepolyarizirovannye kondensaattoreita. Jos polarisoitu yhteys on väärä, se voi epäonnistua voimakkaan kuumennuksen takia, jota seuraa avaaminen tai jopa mini-räjähdys.
Niitä on paljon laji
kondensaattoreita.
Suhteellisen monimutkaiset elektroniset piirit käyttävät tyypillisesti elektrolyytti, polymeeri ja keraaminen. Lisäksi, jos kondensaattoreita käytetään digitaalisten laitteiden kanssa, on toivottavaa, että niillä on matala vastaava sarjan vastus (). Tämän saamiseksi valmistajat käyttävät parempia kondensaattorin komponentteja. Tarvittaessa Matala ESR kondensaattorin ja asetat tavallisen, se kuumenee melko paljon ja epäonnistuu nopeasti. Ehkä parissa päivässä tai jopa tunneissa.
elektrolyytti - lyhyinikäinen johtuen elektrolyytin jatkuvasta haihtumisesta, erityisesti korkeissa lämpötiloissa tai huonoissa lämpötiloissa tiiviys kondensaattori. Siitä huolimatta ne ovat yleisimmät niiden takia halpuuden.
Periaatteessa käyttöikä ei ole enempää 50 000 tuntiayleensä 10 — 20 000
. Haihtumisen tai elektrolyytin riittämättömyyden vuoksi ne turpoavat ja jopa räjähtävät tyypillisellä puuvillalla. - osoitin siitä, että se on tarpeen korvata, jotta vältetään ravitsemukseen ja yleiseen vakauteen liittyvät ongelmat.
Kiinteä tila polymeeri
Suhteellisen kestävä, erittäin hyvä harvoin turvota ja paljon kompakti elektrolyytti. Suurin osa atk-laitteiden valmistajista on siirtynyt kokonaan polymeerikondensaattoreihin, jopa julkisella sektorilla. Vivahteena on, että ne ovat kalliimpia kuin elektrolyyttiset. Siksi tämä siirtyminen oli asteittaista ja tapahtui polymeerikondensaattoreiden massatuotannon ja halvenemisen vuoksi.
Toimintaperiaate on samanlainen kuin elektrolyyttikondensaattoreilla, elektrolyytin sijasta käytetään vain viskoosia polymeerimateriaalia. Se käytännössä ei haihdu ja sen suorituskyky on parempi kuin tavallisen elektrolyytin.
keraaminen
Keraamiset kondensaattorit voivat varastoida energiaa pienet tappiot nykyinen parempi suodatettiin häiritse ja älä turpoa vaikeissa käyttöolosuhteissa. Ja ne eivät avaudu eikä räjähtää (tietyissä polymeerityypeissä on poikkeuksia), roiskuttaen piirin jäljellä olevat komponentit elektrolyyttiä.
On paljon pienempi koko Elektrolyyttisiin tuotteisiin verrattuna ne kuumenevat vähemmän. Käyttöikä 100 000 tuntia ja enemmän.
Ei vähemmän yleistä, mutta niitä käytetään pääasiassa tarkkuuselektroniikassa sovelluksen ollessa itse levyllä. Tantaalikondensaattorit ovat elektrolyyttisten alalajien, mutta joustavia.
Pienillä kokoilla niillä on myös erinomaiset ominaisuudet pitkä käyttöikä. Vähemmän herkkä suodattamattomalle korkea taajuuskomponentti, kestävä työskennellessään kohonnut lämpötilaolla matala ESR.