Конденсатор рабочий: Пусковой конденсатор для электродвигателя, чем отличается от рабочего?

Содержание

Чем пусковой конденсатор отличается от рабочего: описание и сравнение

Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрической энергии. По характеру работы он относится к пассивным элементам. В зависимости от режима работы, в которой работает элемент, различают конденсаторы постоянной емкости и переменной (как вариант — подстроечные). По виду рабочего напряжения: полярные – для работы при определенной полярности подключения, неполярные – могут использоваться как в цепи переменного, так и постоянного тока. При параллельном соединении результирующая емкость суммируется. Это важно знать при подборе необходимой емкости для электрической цепи.

Для  запуска и работы асинхронных двигателей в однофазной цепи переменного тока используют конденсаторы:

  • Пусковые.
  • Рабочие.

Пусковой конденсатор предназначен для кратковременной работы – запуск двигателя. После выхода двигателя на рабочую частоту и мощность пусковой конденсатор отключают. Далее работа происходит без участия данного элемента. Это необходимо для определенных двигателей, схема работы которого предусматривает режим запуска, а так же для обычных двигателей, у которых в момент запуска присутствует нагрузка на валу, препятствующая свободному вращению ротора.

Схема подключения пускового конденсатора  к асинхронному двигателю

Схема подключения пускового конденсатора  к асинхронному двигателю

Для запуска двигателя используют кнопку Кн1, которая коммутирует пусковой конденсатор С1 на время, необходимое для выхода электродвигателя на необходимую мощность и обороты. После этого конденсатор С1 отключают и мотор работает за счет сдвига фаз в рабочих обмотках. Рабочее напряжение такого конденсатора необходимо выбирать с учетом коофициента 1,15, т.е. для сети 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть 220*1,15= 250 В. Емкость пускового конденсатора можно рассчитать по исходным параметрам электродвигателя.

Рабочий конденсатор

Рабочий конденсатор

Рабочий конденсатор подключен к цепи все время и выполняет функцию фазосдвигающей цепи для обмоток электродвигателя. Для уверенной работы такого двигателя необходимо рассчитать параметры рабочего конденсатора. В связи с тем, что конденсатор и обмотка электродвигателя создают колебательный контур, в момент перехода из одной фазы цикла в другую на конденсаторе возникает повышенное напряжение, превышающее напряжение питания.

Под действием этого напряжения конденсатор находится постоянно и при выборе его номинала необходимо учесть этот фактор. В расчетах напряжения рабочего конденсатора берут коофициент 2,5-3. Для сети 220 В напряжение рабочего конденсатора должно быть 550-600 В. Это обеспечит необходимый запас по напряжению в процессе работы.

При определении емкости этого элемента в расчет берут мощность двигателя и схему соединения обмоток.

Различают два вида соединения обмоток трехфазного двигателя:

  1. Треугольник.
  2. Звезда.

Для каждого из этих способов соединения свой расчет.

Треугольник: Ср=4800*Ip/Up.

Пример: для двигателя мощностью 1 кВт – ток составляет примерно 5А, напряжение 220 В. Ср = 4800*5/220. Емкость рабочего конденсатора составит 109 мФ. Округлить до ближайшего целого – 110 мФ.

Звезда: Ср=2800*Ip/Up.

Пример: двигатель 1000 Вт – ток составляет  примерно 5 А, напряжение 220 В. Ср=2800*5/220. Емкость рабочего конденсатора составит 63,6 мФ. Округлить до ближайшего целого – 65 мФ.

Из расчетов видно, что способ соединения обмоток очень сильно влияет на величину рабочего конденсатора.

Сравнение рабочего и пускового конденсатора

Сравнительная таблица применения конденсаторов для асинхронных двигателей, включенных на напряжение 220 В.

РАБОЧИЙ ПУСКОВОЙ
Где применяется В цепи рабочих обмоток асинхронного двигателя В пусковой цепи
Выполняемые функции Создание вращающегося электромагнитного поля для работы электромотора Сдвиг фаз между пусковой и рабочей обмоткой, запуск двигателя под нагрузкой
Время работы От включения до окончания работы Во время запуска до выхода на нужный режим.
Тип конденсатора МБГО, МБГЧ и подобные нужного номинала и напряжения 1,15 выше питающего МБГО, МБГЧ и подобные нужного номинала и на рабочее напряжение в 2-3 раза превышающее напряжение питания

Схема с рабочим и пусковоым конденсаторами

В связи с тем, что указанные типы конденсаторов имеют относительно большие габариты и стоимость, в качестве рабочего и пускового конденсатора можно использовать полярные (оксидные) конденсаторы.

Они обладают следующим достоинством: при малых габаритах они имеют намного большую емкость, чем бумажные.

Наряду с этим существует весомый недостаток: включать в сеть переменного тока напрямую их нельзя. Для использования совместно с двигателем, нужно применить полупроводниковые диоды. Схема включения несложная, но в ней есть недостаток: диоды должны быть подобраны в соответствии с токами нагрузки. При больших токах диоды необходимо устанавливать на радиаторы. Если расчет будет неверным, или теплоотвод меньшей площади, чем требуется, диод может выйти из строя и пропустит в цепь переменное напряжение. Полярные конденсаторы рассчитаны на постоянное напряжение и при попадании на них напряжения переменного они перегреваются, электролит внутри них закипает и они выходят из строя, что может принести вред не только электромотору, но и человеку, обслуживающему данное устройство.

Напряжение 220 В – является напряжением опасным для жизни. В целях соблюдения правил безопасной эксплуатации электроустановок потребителей, сохранения жизни и здоровья лиц, эксплуатирующих данные устройства, применение данных схем включения должен проводить специалист.

отличия от рабочего и подключение электродвигателей

Как используется рабочий конденсаторАсинхронный трехфазный двигатель можно подключить без особого ущерба к обычной однофазной электрической сети через конденсаторы. С их помощью обеспечивается запуск и достижение нужных режимов функционирования при такой системе питания. Различают рабочий и пусковой конденсаторы.

Отличия между ними

Они заключаются в их предназначении, ёмкости, способе присоединения, а также в условиях работы. Первое различие заключается в том, что рабочий (первый) конденсатор служит для сдвига фаз. В результате между обмотками появляется вращающееся магнитное поле, необходимое для приведения в движение мотора, находящегося без механической нагрузки. Такой электродвигатель стоит, например, в точильном станке.

Пусковой (второй) обеспечивает повышение стартового момента мотора, находящегося под механической нагрузкой, благодаря чему он более легко выходит на нужный режим. Ресурсов одного рабочего может не хватить, из-за чего ротор двигателя просто не начнёт вращаться. Применение оправдано вместе со станками, подъёмными механизмами, насосами и подобными тяжёлыми приспособлениями. А также можно использовать с более мощным трехфазным мотором, если рабочего не хватает для его надёжного запуска.

Ёмкость обоих конденсаторов также будет отличаться. Она прямо пропорциональна мощности электродвигателя и обратно — напряжению сети. В зависимости от схемы соединения обмоток вводится поправочный коэффициент. Ёмкость пускового может быть в два раза больше, чем у рабочего.

Способы присоединения

Рабочий конденсаторПервый конденсатор в самом распространённом случае подключается в разрыв одной из обмоток асинхронного электродвигателя, которая также часто называется «вспомогательной». Другая присоединяется напрямую к электрической сети, а третья остаётся незадействованной. Тип этой схемы носит название «звезда». Есть также подключение в «треугольник». Оно различается и по способу соединения, и по сложности.

Второй ёмкостный элемент, в отличие от рабочего, присоединяется параллельно последнему через кнопку или центробежный выключатель. В первом случае управление осуществляется человеком, а во втором — самим приводом. Оба этих коммутатора кратковременно замыкают эту цепь на момент запуска электрического мотора, а после того, как он выйдет на рабочий режим — размыкают.

Условия работы

Виды пусковых конденсаторов

Они различаются для каждого из конденсаторов. Поскольку первый из них постоянно присоединён к обмотке мотора, эта цепь образует собой элементарный колебательный контур. Из-за этого в определённые моменты на её выводах образуется напряжение, превышающее входящее в два с половиной — три раза. Это обстоятельство стоит учитывать при подборе, необходимо ориентироваться на детали, рассчитанные на 500—600 вольт.

Пусковые конденсаторы для электродвигателей — 220 В работают в других, менее жёстких условиях, в отличие от рабочих. Прикладываемое к этому ёмкостному элементу напряжение превышает основное примерно в 1,15 раза. Он присоединяется к цепям время от времени, что также положительно сказывается на условиях его работы, и значительно продлевает срок службы.

Наиболее часто применяются отечественные бумажные или маслонаполненные конденсаторы марок МБГО или МБГЧ. Их преимущество — это стойкость к высоким напряжениям переменного тока. Но есть и недостаток — большой размер. В качестве альтернативного решения допускается использование оксидных конденсаторов. Они подключаются не напрямую, а через диоды, по определённым схемам.

Пусковой конденсаторОбычные электролитические конденсаторы, применяемые в различных приборах, и рассчитанные на немалые рабочие напряжения, подойдут для асинхронных двигателей только в роли пусковых. Связано это с тем, что через них проходит большая реактивная мощность ввиду малого сопротивления обмоток. Подключение ёмкостных элементов с нарушениями или отклонениями от схемы приведёт к повреждению или закипанию электролита, способному причинить вред мотору и персоналу.

Таким образом, можно вывести из этого несколько советов, как отличить пусковой конденсатор от рабочего:

  • Первый из них играет вспомогательную роль. Он подключается параллельно рабочему на время запуска мотора — в течение нескольких секунд, чтобы облегчить старт.
  • Второй из них присоединён постоянно, обеспечивая необходимый сдвиг фаз, в результате которого трехфазный двигатель может работать от однофазной сети.

Если перепутать конденсаторы, то возникнут серьёзные проблемы. Ёмкость рабочего также не должна быть слишком большой, иначе мотор будет греться, а рост мощности и крутящего момента от этого повысится незначительно.

Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю

Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю
Для ответа на вопрос, как подобрать конденсатор для асинхронных двигателей и чем конденсаторы отличаются друг от друга, соберем стенд из обычного трехфазного двигателя мощностью 250 Вт. В качестве нагрузки используем стандартный генератор от автомобиля ВАЗ.
Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю
Подключим через автоматы три разных конденсатора. Включение/отключение автоматов даст возможность проверить возможности конденсаторов.
Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю

Подбираем конденсатор


Для эксперимента выберем три конденсатора емкостью 10, 20 и 50 микрофарад. Наша задача заключается в попытке запуска электродвигателя с каждого конденсатора по очереди.

Конденсатор на 10 мкФ


При подключении к сети 220 В и включения первого конденсатора емкостью 10 микрофарад электродвигатель включается только после толчка рукой. Автоматического запуска не происходит.
Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю
Вывод: для электродвигателя мощностью 250 Вт емкости конденсатора в 10 микрофарад недостаточно.

Конденсатор на 20 мкФ


При попытке запустить электродвигатель от конденсатора емкостью 20 МкФ включение двигателя в работу происходит автоматически.
Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю
Вывод: при емкости конденсатора 20 микрофарад электродвигатель запустился без проблем.
Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю

Конденсатор на 50 мкФ


Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю
При продолжении эксперимента с конденсатором емкостью 50 микрофарад электродвигатель запускается автоматически, однако работает с высоким уровнем шума и просто трясется.
Вывод: емкость последнего испытанного конденсатора велика для установленного электродвигателя.
Подбирая конденсатор для маломощного трехфазного электродвигателя, отдавайте предпочтение устройству с номинальной емкостью (как в нашем эксперименте), соответствующей мощности двигателя. Конденсатор малой емкости электродвигатель не запускает, слишком большой емкости – вызывает нагрев двигателя и большой шум в работе. Оптимально себя в эксперименте зарекомендовал конденсатор емкостью 20 МкФ, который сразу запустил двигатель и не вызвал его перегрева.

Заключение


Для запуска трехфазного электродвигателя в сети 220 В рабочий конденсатор подбирается исходя из мощности двигателя. При возрастании мощности на каждые 100 Вт емкость должна возрастать на 7-10 микрофарад. Например, для двигателя мощностью 0,5 КВт можно подобрать конденсатор емкостью в пределах 35-50 МкФ.
Также нужно учитывать такой параметр, как номинальное напряжение устройства (то есть то напряжение, которое способен выдержать конденсатор). В работе рекомендуется применять конденсаторы с параметрами, на 100% превышающими реальное напряжение, прилагаемое к устройству. Для данного примера это 450 В.

Смотрите подробное видео


Проверка и замена пускового конденсатора

 

Для чего нужен пусковой конденсатор?

Пусковой и рабочий конденсаторы служат для запуска и работы элетродвигателей работающих в однофазной сети 220 В.

Поэтому их ещё называют фазосдвигающими.

Место установки - между линией питания и пусковой обмоткой электродвигателя. 

Условное обозначение конденсаторов на схемах

 

Условное обозначение конденсатораКонденсатор на схемеКонденсатор на схеме

Графическое обозначение на схеме показано на рисунке, буквенное обозначение-С  и порядковый номер по схеме.

 

Основные параметры конденсаторов

 

Ёмкость конденсатора-характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.).

Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).

Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.

Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:

  • 400 В - 10000 часов
  • 450 В -  5000 часов
  • 500 В -  1000 часов

 

Проверка пускового и рабочего конденсаторов

 

Проверить конденсатор можно с помощью измерителя ёмкости конденсаторов, такие приборы выпускаются как отдельно, так и в составе мультиметра- универсального прибора, который может измерять много параметров. Рассмотрим проверку мультиметром.

  • обесточиваем кондиционер
  • разряжаем конденсатор, закоротив еговыводы
  • снимаем одну из клемм (любую)
  • выставляем прибор на измерение ёмкости конденсаторов
  • прислоняем щупы к выводам конденсатора
  • считываем с экрана значение ёмкости

 

У всех приборов разное обозначение режима измерения конденсаторов, основные типы ниже на картинках.

 

В этом мультиметре режим выбирается переключателем, его необходимо поставить в режим Fcх.Щупы включить в гнёзда с обозначением Сх.

Переключение предела измерения ёмкости ручное. Максимальное значение 100 мкФ.

Конденсатор на схеме

 

У этого измерительного прибора автоматический режим, необходимо только его выбрать, как показано на картинке.

Конденсатор на схеме

 

Измерительный пинцет от Mastech также автоматически измеряет ёмкость, необходимо только выбрать режим кнопкой FUNC, нажимая её, пока не появится индикация F.

Конденсатор на схеме

Конденсатор на схеме Конденсатор на схеме Конденсатор на схеме Конденсатор на схеме

 

Для проверки ёмкости, считываем на корпусе конденсатора её значение и ставим заведомо больший предел измерения на приборе. (Если он не автоматический)

К примеру, номинал 2,5 мкФ (μF), на приборе ставим 20 мкФ (μF).

Конденсатор на схеме

После подсоединения щупов к выводам конденсатора ждём показаний на экране, к примеру время измерения ёмкости 40 мкФ первым прибором - менее одной секунды, вторым - более одной минуты, так что следует ждать.

Если номинал не соответствует указанному на корпусе конденсатора, то его необходимо заменить и если нужно подобрать аналог.

 

Замена и подбор пускового/рабочего конденсатора

 

Если имеется оригинальный конденсатор, то понятно, что просто-напросто необходимо поставить его на место старого и всё. Полярность не имеет значения, то есть выводы конденсатора не имеют обозначений плюс "+" и минус "-" и их можно подключить как угодно.

Категорически нельзя применять электролитические конденсаторы (узнать их можно по меньшим размерам, при той же ёмкости, и обозначению плюс и минус на корпусе). Как следствие применения - термическое разрушение. Для этих целей производители специально выпускают неполярные конденсаторы для работы в цепи переменного тока, которые имеют удобное крепление и плоские клеммы, для быстрой установки.

Если нужного номинала нет, то его можно получить параллельным соединением конденсаторов. Общая ёмкость будет равна сумме двух конденсаторов:

Собщ12+...Сп

То есть, если соединить два конденсатора по 35 мкФ, получим общую ёмкость 70 мкФ, напряжение при котором они смогут работать будет соответствовать их номинальному напряжению.

Конденсатор на схеме

Конденсатор на схеме

Такая замена абсолютно равноценна одному конденсатору большей ёмкости.

Если во время замены перепутались провода, то правильное подключение можно посмотреть по схеме на корпусе или здесь: Схема подключения конденсатора к компрессору

Типы конденсаторов

Для запуска мощных двигателей компрессоров применяют маслонаполненные неполярные конденсаторы.

Корпус внутри заполнен маслом для хорошей передачи тепла на поверхность корпуса. Корпус обычно металлический, аллюминиевый. 

Самые доступные конденсаторы такого типа CBB65.

 

Для запуска менее мощной нагрузки, например двигателей вентиляторов, используют сухие конденсаторы, корпус которых, обычно, пластмассовый.

Наиболее распространённые конденсаторы   этого типа CBB60, CBB61.

Клеммы для удобства соединения сдвоенные или счетверённые.

 

Конденсатор на схеме

Как работает конденсатор - физика конденсатора и его применение

В этом руководстве мы узнаем, что такое конденсатор, как он работает, и рассмотрим некоторые основные примеры применения. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

Обзор

Практически нет схемы, в которой не было бы конденсатора, и вместе с резисторами и индукторами они являются основными пассивными компонентами, которые мы используем в электронике.

Конденсатор - это устройство, способное накапливать энергию в виде электрического заряда. По сравнению с батареей того же размера, конденсатор может хранить гораздо меньшее количество энергии, примерно в 10 000 раз меньше, но достаточно полезен для многих схем.

Конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных изоляционным материалом, называемым диэлектриком. Пластины являются проводящими, и они обычно изготавливаются из алюминия, тантала или других металлов, в то время как диэлектрик может быть сделан из любого изоляционного материала, такого как бумага, стекло, керамика или что-нибудь, что препятствует прохождению тока.

Capacitor construction and capacitance equation

Емкость конденсатора, измеренная в фарадах, прямо пропорциональна площади поверхности двух пластин, а также диэлектрической проницаемости диэлектрика ε, в то время как чем меньше расстояние между пластинами, тем больше емкость. При этом давайте посмотрим, как работает конденсатор.

Во-первых, мы можем отметить, что металл обычно имеет равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц, что означает, что он электрически нейтрален.

Capacitor construction and capacitance equation

Если мы подключим источник питания или батарею к металлическим пластинам конденсатора, ток будет пытаться течь, или электроны от пластины, подключенной к положительному выводу батареи, начнут двигаться к подключенной пластине к отрицательному выводу аккумулятора. Однако из-за наличия диэлектрика между пластинами электроны не смогут проходить через конденсатор, поэтому они начнут накапливаться на пластине.

Capacitor working principle metal plates connected to a battery

После того, как определенное количество электронных компонентов накопится на пластине, у батареи будет недостаточно энергии, чтобы подтолкнуть любую новую электронику к пластине из-за отталкивания той электроники, которая уже там.

На этом этапе конденсатор фактически полностью заряжен. Первая пластина выработала чистый отрицательный заряд, а вторая пластина выработала равный суммарный положительный заряд, создавая электрическое поле с силой притяжения между ними, которая удерживает заряд конденсатора.

How Capacitor Works Fully Charged Electric Field

Принцип работы диэлектрика конденсатора

Давайте посмотрим, как диэлектрик может увеличить емкость конденсатора. Диэлектрик содержит полярные молекулы, что означает, что они могут изменять свою ориентацию в зависимости от зарядов на двух пластинах.Таким образом, молекулы выстраиваются в электрическом поле таким образом, что позволяет большему количеству электронов притягиваться к отрицательной пластине, отталкивая больше электронов из положительной пластины.

Capacitor Dielectric how it works

Итак, когда конденсатор полностью заряжен, если мы удалим аккумулятор, он будет удерживать электрический заряд в течение длительного времени, действуя как накопитель энергии.

Теперь, если мы укоротим два конца конденсатора через нагрузку, ток начнет течь через нагрузку. Накопленные электроны с первой пластины начнут перемещаться ко второй пластине, пока обе пластины снова не станут электрически нейтральными.

Capacitor discharge through a load LED - How It Works

Итак, это основной принцип работы конденсатора, а теперь давайте взглянем на некоторые примеры применения.

Конденсаторы развязки (байпаса)

Конденсаторы развязки или конденсаторы байпаса являются типичным примером. Развязочные конденсаторы часто используются вместе с интегральными схемами, и они размещаются между источником питания и землей ИС.

Decoupling Capacitor Bypass How it works

Их задача - фильтровать любой шум в источнике питания, например пульсации напряжения, которые возникают, когда источник питания в течение очень короткого периода времени понижает свое напряжение или когда часть цепи переключается, вызывая колебания мощности. поставка.В момент падения напряжения конденсатор временно действует как источник питания, минуя основной источник питания.

Преобразователь переменного тока в постоянный

Другой типичный пример применения - конденсаторы, используемые в адаптерах постоянного тока. Для преобразования переменного напряжения в постоянное обычно используется диодный выпрямитель, но без конденсаторов он не сможет справиться с этой задачей.

AC to DC Converter Circuit Schematics Diagram

Выходной сигнал выпрямителя представляет собой форму волны. Таким образом, когда на выходе выпрямителя увеличивается заряд конденсатора, а на выходе выпрямителя падает, конденсатор разряжается и, таким образом, сглаживает выход постоянного тока.

Связано: что такое триггер Шмитта и как он работает

Фильтрация сигналов

Фильтрация сигналов - еще один пример применения конденсаторов. Благодаря особому времени отклика они могут блокировать низкочастотные сигналы, позволяя проходить более высоким частотам.

3 way crossover circuit schematics capacitors usage

Используется в радиоприемниках для настройки нежелательных частот и в схемах кроссовера внутри громкоговорителей, для разделения низких частот для вуфера и высоких частот для твитера.

Конденсаторы как накопители энергии

Еще одно довольно очевидное применение конденсаторов - для накопления и подачи энергии. Хотя они могут накапливать значительно меньше энергии по сравнению с батареями того же размера, их срок службы намного больше, и они способны передавать энергию намного быстрее, что делает их более подходящими для приложений, где требуется большой всплеск мощности.

Capacitor specifications as energy storage device

Вот и все для этого урока, не стесняйтесь задавать любой вопрос в разделе комментариев ниже.

Capacitor specifications as energy storage device.

Как работают конденсаторы | HowStuffWorks

Конденсатор чем-то похож на батарею. Хотя они работают совершенно по-разному, конденсаторы и батареи хранят электрическую энергию . Если вы читали «Как работают батареи», то знаете, что у батареи есть две клеммы. Внутри батареи химические реакции производят электроны на одном выводе и поглощают электроны на другом выводе. Конденсатор намного проще, чем батарея, поскольку он не может производить новые электроны - он только хранит их.

В этой статье мы точно узнаем, что такое конденсатор, для чего он нужен и как он используется в электронике. Мы также рассмотрим историю конденсатора и то, как несколько человек помогли сформировать его развитие.

Внутри конденсатора клеммы соединяются с двумя металлическими пластинами , разделенными непроводящим веществом, или диэлектриком . Конденсатор легко сделать из двух кусков алюминиевой фольги и листа бумаги.С точки зрения емкости, это не будет особенно хороший конденсатор, но он будет работать.

Теоретически диэлектриком может быть любое непроводящее вещество. Однако для практического применения используются специальные материалы, которые лучше всего подходят для функции конденсатора. Слюда, керамика, целлюлоза, фарфор, майлар, тефлон и даже воздух - вот некоторые из используемых непроводящих материалов. Диэлектрик определяет, какой это конденсатор и для чего он лучше всего подходит. В зависимости от размера и типа диэлектрика некоторые конденсаторы лучше подходят для высокочастотных применений, а некоторые - для высоковольтных приложений.Конденсаторы могут быть изготовлены для любых целей, от самого маленького пластикового конденсатора в вашем калькуляторе до сверхконденсатора, который может питать пригородный автобус. НАСА использует стеклянные конденсаторы, чтобы помочь разбудить схемы космического шаттла и помочь развернуть космические зонды. Вот некоторые из различных типов конденсаторов и способы их использования.

  • Воздух - Часто используется в схемах настройки радио
  • Майлар - Чаще всего используется для схем таймера, таких как часы, сигнализация и счетчики
  • Стекло - Подходит для приложений высокого напряжения
  • Керамика - Используется для высокочастотных целей, таких как антенны, рентгеновские лучи и МРТ
  • Суперконденсатор - питание электрических и гибридных автомобилей

В следующем разделе мы подробнее рассмотрим, как именно работают конденсаторы.

,

Как работают конденсаторы? - Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 июля 2020 г.

Смотрите в небо большую часть времени, и вы увидите огромные конденсаторы парит над твоей головой. Конденсаторы (иногда называемые конденсаторами) устройства хранения энергии, которые широко используются в телевизорах, радиоприемники и другое электронное оборудование. Настройте радио на станции, сделайте снимок со вспышкой цифровым камеру или щелкнуть каналов на вашем HDTV, и у вас все хорошо использование конденсаторов. конденсаторы, которые дрейфуют по небу, более известны как облака и, хотя они совершенно гигантские по сравнению с конденсаторами, которые мы используем в электронике они точно так же хранят энергию. Давайте принимать подробнее рассмотрим конденсаторы и как они работают!

Фотография: Типичный конденсатор, используемый в электронных схемах. Он называется электролитическим конденсатором и рассчитан на 4,7 мкФ (4,7 мкФ). с рабочим напряжением 350 вольт (350 В).

Что такое конденсатор?

Фото: Маленький конденсатор в транзисторной радиосхеме.

Возьмем два электрических проводника (то, что пропускает электричество через них) и разделить изолятором (материал который не пропускает электричество очень хорошо), и вы делаете конденсатор: то, что может хранить электрическую энергию. Добавление электроэнергии конденсатору называется зарядка ; высвобождая энергию из Конденсатор известен как разрядный .

Конденсатор немного похож на батарею, но у него другая работа делать.Батарея использует химические вещества для хранения электрической энергии и высвобождения это очень медленно через цепь; иногда (в случае кварца смотреть) это может занять несколько лет. Конденсатор обычно высвобождает его энергия намного быстрее - часто за секунды или меньше. Если вы берете например, фотографию со вспышкой, вам понадобится камера, чтобы огромная вспышка света за долю секунды. Конденсатор прилагается к вспышке заряжается в течение нескольких секунд, используя энергию вашего аккумуляторы камеры. (Для зарядки конденсатора требуется время, и это почему вам обычно нужно немного подождать.) Когда конденсатор полностью заряжен, он может высвободить всю эту энергию. в мгновение ока через ксеноновую лампочку. Zap!

Конденсаторы

бывают всех форм и размеров, но обычно они те же основные компоненты. Есть два проводника (известные как пластины , , в основном по историческим причинам) и есть изолятор между их (называемый диэлектриком ). Две пластины внутри конденсатора подключены к двум электрическим подключения снаружи называются клеммами , которые похожи на тонкие металлические ножки можно подключить в электрическую цепь.

Фото: Внутри электролитический конденсатор немного похож на швейцарский рулет. «Пластины» - это два очень тонких листа металла; диэлектрик - маслянистая пластиковая пленка между ними. Все это упаковано в компактный цилиндр и покрыто металлическим защитным футляром. ВНИМАНИЕ! Открывать конденсаторы может быть опасно. Во-первых, они могут выдерживать очень высокое напряжение. Во-вторых, диэлектрик иногда состоит из токсичных или едких химикатов, которые могут обжечь кожу.

Изображение: как электролитический конденсатор изготавливается путем скатывания листов алюминиевой фольги (серого цвета) и диэлектрического материала (в данном случае бумаги или тонкой марли, пропитанной кислотой или другим органическим химическим веществом).Листы фольги подключаются к клеммам (синим) наверху, поэтому конденсатор можно подключить в цепь. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США из патента США 2089683: Электрический конденсатор Фрэнка Кларка, General Electric, 10 августа 1937 г.

Вы можете зарядить конденсатор, просто подключив его к электрическая цепь. При включении питания электрический заряд постепенно накапливается на пластинах. Одна пластина получает положительный заряд а другая пластина получает равный и противоположный (отрицательный) заряд.Если вы отключаете питание, конденсатор держит заряд (хотя со временем он может медленно вытекать). Но если подключить конденсатор ко второй цепи, содержащей что-то вроде электрического электродвигателя или лампочки-вспышки, заряд будет течь от конденсатора через двигатель или лампу, пока на пластинах не останется ничего.

Хотя конденсаторы фактически выполняют только одну работу (хранение заряда), их можно использовать для самых разных целей в электрических схем. Их можно использовать как устройства отсчета времени (потому что для этого требуется определенное предсказуемое количество времени для их зарядки), как фильтры (схемы, которые пропускают только определенные сигналы), для сглаживания напряжение в цепях, для настройки (в радиоприемниках и телевизорах), и для множество других целей.Большие суперконденсаторы также могут быть используется вместо батареек.

Что такое емкость?

Количество электрической энергии, которую может хранить конденсатор, зависит от его емкость . Емкость конденсатора немного похожа на размер ведра: чем больше ведро, тем больше воды оно может вместить; чем больше емкость, тем больше электроэнергии может хранить. Есть три способа увеличить емкость конденсатор. Один - увеличить размер тарелок.Другой - сдвиньте пластины ближе друг к другу. Третий способ - сделать диэлектрик как можно лучше изолятор. Конденсаторы используют диэлектрики из всевозможных материалов. В транзисторных радиоприемниках настройка осуществляется большим переменным конденсатором , который между пластинами нет ничего, кроме воздуха. В большинстве электронных схем конденсаторы представляют собой герметичные компоненты с диэлектриками из керамики такие как слюда и стекло, бумага, пропитанная маслом, или пластмассы, такие как майларовое.

Фото: Этот переменный конденсатор прикреплен к главной шкале настройки в транзисторном радиоприемнике.Когда вы поворачиваете циферблат пальцем, вы поворачиваете ось, проходящую через конденсатор. Это вращает набор тонких металлических пластин, так что они перекрываются в большей или меньшей степени с другим набором пластин, продетых между ними. Степень перекрытия пластин изменяет емкость, и это то, что настраивает радио на конкретную станцию.

Как измерить емкость?

Размер конденсатора измеряется в единицах, называемых фарад (F), названный в честь английского пионера электротехники Майкла Фарадея (1791–1867).Один фарад - это огромная емкость так что на практике большинство конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся, просто доли фарада - обычно микрофарады (миллионные доли фарада, пишется мкФ), нанофарады (тысячные доли фарада, написанные нФ), и пикофарады (миллионные доли фарада, написано пФ). Суперконденсаторы хранят гораздо большие заряды, иногда оценивается в тысячи фарадов.

Почему конденсаторы накапливают энергию?

Если вы находите конденсаторы загадочными и странными, и они на самом деле не имеют для вас смысла, вместо этого попробуйте подумать о гравитации.Предположим, вы стоите у подножия ступенек и вы решили начать восхождение. Вы должны поднять свое тело против земного притяжения, которая является притягивающей (тянущей) силой. Как говорят физики, чтобы подняться, нужно «работать». лестница (работать против силы тяжести) и использовать энергию. Энергия, которую вы используете, не теряется, но хранится в вашем теле в виде гравитационной потенциальной энергии, которую вы могли бы использовать для других целей (например, спуск вниз по горке на уровень земли).

То, что вы делаете, когда поднимаетесь по ступеням, лестницам, горам или чему-то еще, работает против Земли. гравитационное поле.Очень похожая вещь происходит с конденсатором. Если у вас положительный электрический заряд и отрицательный электрический заряд, они притягиваются друг к другу как противоположное полюса двух магнитов - или как ваше тело и Земля. Если вы их разделите, вам придется «поработать» против этого электростатического заряда. сила. Опять же, как и при подъеме по ступенькам, энергия, которую вы используете, не теряется, а накапливается зарядами, когда отдельно. На этот раз он называется , электрическая потенциальная энергия . И это, если вы не догадались к настоящему времени это энергия, которую хранит конденсатор.Две его пластины содержат противоположные заряды и разделение между ними создает электрическое поле. Вот почему конденсатор накапливает энергию.

Почему у конденсаторов две пластины?

Фото: Очень необычный регулируемый конденсатор с параллельными пластинами, который Эдвард Беннетт Роза и Ноа Эрнест Дорси из Национального бюро стандартов (NBS) использовали для измерения скорости света в 1907 году. Точное расстояние между ними. пластины можно регулировать (и измерять) с помощью микрометрического винта.Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Как мы уже видели, конденсаторы имеют две проводящие пластины. разделены изолятором. Чем больше тарелки, тем ближе они являются, и чем лучше изолятор между ними, тем больше заряд конденсатор можно хранить. Но почему все это правда? Почему бы не у конденсаторов только одна большая пластина? Попробуем найти простой и удовлетворительное объяснение.

Предположим, у вас есть большой металлический шар, установленный на изоляционном деревянная подставка.Вы можете хранить определенное количество электрического заряда на сфера; чем он больше (чем больше радиус), тем больше заряда вы можете хранить, и чем больше заряда вы храните, тем больше потенциал (напряжение) сферы. Однако в конце концов вы достигнете точка, в которой, если вы добавите хотя бы один дополнительный электрон ( наименьшая возможная единица заряда) конденсатор перестанет работать. Воздух вокруг него разрушится, превратившись из изолятора в проводник: заряд будет лететь по воздуху на Землю (землю) или другой ближайший проводник в виде искры - электрического тока - в мини заряд молнии.Максимальный заряд, который вы можете хранить на сфера - это то, что мы подразумеваем под ее емкостью. Напряжение (В), заряд (Q), и емкость связаны очень простым уравнением:

C = Q / V

Таким образом, чем больше заряда вы можете сохранить при данном напряжении, не вызывая воздух для разрушения и искры, тем выше емкость. Если бы ты мог как-то хранить больше заряда на сфере, не доходя до точки там, где вы создали искру, вы бы эффективно увеличили ее емкость. Как ты мог это сделать?

Забудьте о сфере.Предположим, у вас есть плоская металлическая пластина с максимально возможный заряд, хранящийся на нем, и вы обнаружите, что пластина находится на определенное напряжение. Если вы поднесете вторую идентичную тарелку близко к это, вы обнаружите, что можете хранить гораздо больше заряда на первой пластине для такое же напряжение. Это потому, что первая пластина создает электрический поле вокруг него, которое "индуцирует" равный и противоположный заряд на второй тарелке. Вторая пластина поэтому снижает напряжение первой пластины. Теперь мы можем хранить больше заряда на первой пластине не вызывая искры.Мы можем продолжать делать это, пока не достигнем исходное напряжение. С большим зарядом (Q) точно такой же напряжение (В), уравнение C & равно; Q / V сообщает нам, что мы увеличили емкость нашего устройства накопления заряда за счет добавления второй пластины, Именно поэтому конденсаторы имеют две пластины, а не одну. На практике дополнительная пластина дает огромную разницу в , что Вот почему все конденсаторы имеют две пластины.

Как увеличить емкость?

Интуитивно очевидно, что если вы сделаете тарелки больше, вы сможете хранить больше заряда (как если бы вы сделали шкаф больше, вы можете набить больше вещи внутри него).Так что увеличение площади пластин также увеличивает емкость. Менее очевидно, если мы уменьшим расстояние между пластинами, что также увеличивает емкость. Это ведь чем короче расстояние между пластинами, тем больше эффект пластины располагаются одна на другой. Вторая тарелка, будучи ближе, еще больше снижает потенциал первой пластины, и это увеличивает емкость.

Изображение: диэлектрик увеличивает емкость конденсатора за счет уменьшения электрического поле между пластинами, что снижает потенциал (напряжение) каждой пластины.Это означает, что вы можете хранить больше заряжают пластины при одинаковом напряжении. Электрическое поле в этом конденсаторе исходит от положительной пластины. слева к отрицательной пластине справа. Поскольку противоположные заряды притягиваются, полярные молекулы (серые) диэлектрика выстраиваются в линию в противоположном направлении - и это то, что уменьшает поле.

Последнее, что мы можем сделать, чтобы увеличить емкость, это изменить диэлектрик (материал между пластинами). Воздух работает неплохо, но другие материалы даже лучше.Стекло как минимум в 5 раз больше эффективнее воздуха, поэтому самые ранние конденсаторы (Leyden банки, используя обычное стекло в качестве диэлектрика) работали так хорошо, но он тяжелый, непрактичный и его трудно втиснуть в небольшие помещения. Вощеная бумага примерно в 4 раза лучше воздуха, очень тонкая, дешевая, легко изготавливать крупными кусками и легко скатывать, что делает его отличным, практический диэлектрик. Лучшие диэлектрические материалы сделаны из полярных молекулы (с более положительным электрическим зарядом с одной стороны и с другой стороны, больше отрицательного электрического заряда).Когда они сидят в электрическое поле между двумя пластинами конденсатора, они совпадают со своими заряды направлены напротив поля, что эффективно его уменьшает. Это снижает потенциал на пластинах и, как и раньше, увеличивает их емкость. Теоретически вода, состоящая из крошечных полярных молекул, будет отличным диэлектриком, примерно в 80 раз лучше воздуха. Но на практике все не так хорошо (протекает и высыхает и превращается из жидкости в лед или пар при относительно умеренные температуры), поэтому в реальных конденсаторах он не используется.

Диаграмма: Различные материалы делают диэлектрики лучше или хуже в зависимости от того, насколько хорошо они изолируют пространство между пластинами конденсатора и уменьшают электрическое поле между ними. Измерение, называемое относительной диэлектрической проницаемостью, говорит нам, насколько хорошим будет диэлектрик. Вакуум является наихудшим диэлектриком, и его относительная диэлектрическая проницаемость равна 1. Остальные диэлектрики измеряются относительно (путем сравнения) с вакуумом. Воздух примерно такой же. Бумага примерно в 3 раза лучше.Спирт и вода, имеющие полярные молекулы, являются особенно хорошими диэлектриками.

,

Что такое конденсатор (C)

Что такое конденсатор и расчет конденсатора.

Что такое конденсатор

Конденсатор - это электронный компонент, который хранит электрический заряд. Конденсатор состоит из двух закрытых проводников (обычно пластин), которые разделены диэлектрическим материалом. Пластины накапливаются электрический заряд при подключении к источнику питания. Одна тарелка накапливает положительный заряд, а другая пластина накапливает отрицательный заряд.

Емкость - это количество электрического заряда, который хранится в конденсаторе при напряжении 1 Вольт.

Емкость измеряется в единицах Фарад (Ф).

Конденсатор отключает ток в цепях постоянного (DC) и короткое замыкание в цепях переменного (AC).

Фотографии конденсатора

Обозначения конденсаторов

Емкость

Емкость (C) конденсатора равна электрическому заряду (Q), деленному на напряжение (В):

C - емкость в фарадах (Ф)

Q - это электрический заряд в кулонах (C), накопленный на конденсаторе

В - напряжение между пластинами конденсатора в вольтах (В)

Емкость пластин конденсатора

Емкость (C) пластин конденсатора равна диэлектрической проницаемости (ε), умноженной на площадь пластины (A), деленную на зазор или расстояние между пластинами (d):

C - емкость конденсатора в фарадах (Ф).

ε - диэлектрическая проницаемость диалектического материала конденсатора в фарадах на метр (Ф / м).

А - площадь пластины конденсатора в квадратных метрах ( 2 м).

d - расстояние между пластинами конденсатора в метрах (м).

Конденсаторы серии

Суммарная емкость конденсаторов, включенных последовательно, C1, C2, C3, ..:

Конденсаторы параллельно

Суммарная емкость конденсаторов, включенных параллельно, C1, C2, C3 ,., :

C Итого = C 1 + C 2 + C 3 + ...

Ток конденсатора

Мгновенный ток конденсатора i c (t) равен емкости конденсатора

раз производная мгновенного напряжения конденсатора v c (t):

Напряжение конденсатора

Мгновенное напряжение конденсатора v c (t) равно начальному напряжению конденсатора

плюс 1 / C, умноженный на интеграл мгновенного тока конденсатора i c (t) за время t:

Энергия конденсатора

Накопленная энергия конденсатора E C в джоулях (Дж) равна емкости C в фарадах (Ф)

раз больше напряжения конденсатора квадратной формы В C в вольтах (В) разделенных на 2:

E C = C × V C 2 /2

Цепи переменного тока

Угловая частота

ω = 2 π f

ω - угловая скорость, измеренная в радианах в секунду (рад / с)

f - частота, измеренная в герцах (Гц).

Реактивное сопротивление конденсатора

Импеданс конденсатора

Декартова форма:

Полярная форма:

Z C = X C ∟-90º

Типы конденсаторов

Конденсатор переменной емкости Конденсатор переменной емкости с изменяемой емкостью
Конденсатор электролитический Электролитические конденсаторы используются, когда требуется высокая емкость.Большинство электролитических конденсаторов поляризованы
Конденсатор сферический Сферический конденсатор сферической формы
Конденсатор силовой Силовые конденсаторы используются в высоковольтных энергосистемах.
Конденсатор керамический Керамический конденсатор имеет керамический диэлектрический материал. Имеет функцию высокого напряжения.
Конденсатор танталовый Диэлектрический материал из оксида тантала. Имеет высокую емкость
Слюдяной конденсатор Конденсаторы высокой точности
Конденсатор бумажный Бумажный диэлектрический материал


См. Также:

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *