Установки конденсаторные принцип работы: Принцип работы автоматической конденсаторной установки АКУ

Глава 5.6. КОНДЕНСАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ | Группа Русэлт

Область применения конденсаторных установок. Определения

5.6.1. Настоящая глава Правил распространяется на конденсаторные установки до 500 кВ (вне зависимости от их исполнения), присоединяемые параллельно индуктивным элементам электрических систем переменного тока частотой 50 Гц и предназначенные для компенсации реактивной мощности электроустановок и регулирования напряжения. Глава не распространяется на конденсаторные установки для продольной компенсации, фильтровые и специальные.

Конденсаторные установки напряжением до 1 кВ и выше должны также удовлетворять соответственно требованиям гл. 4-1 и 4.2.

5.6.2. Конденсаторной установкой называется электроустановка, состоящая из конденсаторов, относящегося к ним вспомогательного электрооборудования (выключателей, разъединителей, разрядных резисторов, устройств регулирования, защиты и т. п.) и ошиновки. Она может состоять из одной или нескольких конденсаторных батарей или из одного или нескольких отдельно установленных единичных конденсаторов, присоединенных к сети через коммутационные аппараты.

5.6.3. Конденсаторной батареей называется группа единичных конденсаторов, электрически соединенных между собой.

5.6.4. Единичным конденсатором называется конструктивное соединение одного или нескольких конденсаторных элементов в общем корпусе с наружными выводами.

Термин «конденсатор» используется тогда, когда нет необходимости подчеркивать различные значения терминов «единичный конденсатор» и «конденсаторная батарея».

5.6.5. Конденсаторным элементом (секцией) называется неделимая часть конденсатора, состоящая из токопроводящих обкладок (электродов), разделенных диэлектриком.

5.6.6. Последовательным рядом при параллельно-последовательном соединении конденсаторов в фазе батареи называется часть батареи, состоящая из параллельно включенных конденсаторов.

Схема электрических соединений. Выбор оборудования

5.6.7. Конденсаторные установки могут присоединяться к сети через отдельный аппарат, предназначенный для включения и отключения только конденсаторов, или через общий аппарат с силовым трансформатором, асинхронным электродвигателем или другим электроприемником. Эти схемы могут применяться при любом напряжении конденсаторной установки.

5.6.8. Конденсаторные батареи на напряжение выше 10 кВ собираются из однофазных конденсаторов путем их параллельно-последовательного соединения. Число последовательных рядов конденсаторов выбирается так, чтобы в нормальных режимах работы токовая нагрузка на конденсаторы не превышала номинального значения. Число конденсаторов в ряду должно быть таким, чтобы при отключении одного из них из-за перегорания предохранителя напряжение на оставшихся конденсаторах ряда не превышало 110% номинального.

5.6.9. Конденсаторные батареи па напряжение 10 кВ и ниже должны собираться, как правило, из конденсаторов с номинальным напряжением, равным номинальному напряжению сети. При этом допускается длительная работа единичных конденсаторов с напряжением не более 110% номинального.

5.6.10. В трехфазных батареях однофазные конденсаторы соединяются в треугольник или звезду. Может применяться также последовательное или параллельно-последовательное соединение однофазных конденсаторов в каждой фазе трехфазной батареи.

5.6.11. При выборе выключателя конденсаторной батареи должно учитываться наличие параллельно включенных (например, на общие шины) конденсаторных батарей. При необходимости должны быть выполнены устройства, обеспечивающие снижение толчков тока в момент включения батареи.

5.6.12. Разъединитель конденсаторной батареи должен иметь заземляющие ножи со стороны батареи, сблокированные со своим разъединителем. Разъединители конденсаторной батареи должны быть сблокированы с выключателем батареи.

5.6.13. Конденсаторы должны иметь разрядные устройства.

Единичные конденсаторы для конденсаторных батарей рекомендуется применять со встроенными разрядными резисторами. Допускается установка без встроенных разрядных резисторов, если на выводы единичного конденсатора или последовательного ряда конденсаторов постоянно подключено разрядное устройство. Разрядные устройства могут не устанавливаться на батареях до 1 кВ, если они присоединены к сети через трансформатор и между батареей и трансформатором отсутствуют коммутационные аппараты.

В качестве разрядных устройств могут применяться:

— Трансформаторы напряжения или устройства с активно-индуктивным сопротивлением — для конденсаторных установок выше 1 кВ;

— Устройства с активным или активно-индуктивным сопротивлением — для конденсаторных установок до 1 кВ.

5.6.14. Для достижения наиболее экономичного режима работы электрических сетей с переменным графиком реактивной нагрузки следует применять автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки путем включения и отключения ее в целом или отдельных ее частей.

5.6.15. Аппараты и токоведущие части в цепи конденсаторной батареи должны допускать длительное прохождение тока, составляющего 130% номинального тока батареи.

Защита

5.6.16. Конденсаторные установки в целом должны иметь, защиту от токов КЗ, действующую на отключение без выдержки времени. Защита должна быть отстроена от токов включения установки и толчков тока при перенапряжениях.

5.6.17. Конденсаторная установка в целом должна иметь защиту от повышения напряжения, отключающую батарею при повышении действующего значения напряжения сверх допустимого. Отключение установки следует производить с выдержкой времени 3-5 мин. Повторное включение допускается после снижения напряжения в сети до номинального значения, но не ранее чем через 5 мин после ее отключения. Защита не требуется, если батарея выбрана с учетом максимально возможного значения напряжения цепи, т. е. так, что при повышении напряжения к единичному конденсатору не может быть длительно приложено напряжение более 110% номинального.

5.6.18. В случаях, когда возможна перегрузка конденсаторов токами высших гармоник, должна быть предусмотрена релейная защита, отключающая конденсаторную установку с выдержкой времени при действующем значении тока для единичных конденсаторов, превышающем 130% номинального.

5.6.19. Для конденсаторной батареи, имеющей две или более параллельные ветви, рекомендуется применять защиту, срабатывающую при нарушении равенства токов ветвей.

5.6.20. На батареях с параллельно-последовательным включением конденсаторов выше 1,05 кВ должен быть защищен внешним предохранителем, срабатывающим при пробое конденсатора. Конденсаторы 1,05 кВ и ниже должны иметь встроенные внутрь корпуса плавкие предохранители по одному на каждую секцию, срабатывающие при пробое секции.

5.6.21. На батареях, собранных по схеме электрических соединений с несколькими секциями, должна применяться защита каждой секции от токов КЗ независимо от защиты конденсаторной установки в целом. Такая защита секции необязательна, если каждый единичный конденсатор защищен отдельным внешним или встроенным предохранителем. Защита секции должна обеспечивать ее надежное отключение при наименьших и наибольших значениях тока КЗ в данной точке сети.

5.6.22. Схема электрических соединений конденсаторных батарей и предохранители должны выбираться таким образом, чтобы повреждение изоляции отдельных конденсаторов не приводило к разрушению их корпусов, повышению напряжения выше длительно допустимого на оставшихся в работе конденсаторах и отключению батареи в целом.

Для защиты конденсаторов выше 1 кВ должны применяться предохранители, ограничивающие значение тока КЗ.

Внешние предохранители конденсаторов должны иметь указатели их перегорания.

5.6.23. Защита конденсаторных установок от грозовых перенапряжений должна предусматриваться в тех случаях и теми же средствами, какие предусмотрены в гл. 4.2.

Электрические измерения

5.6.24. Емкости фаз конденсаторной установки должны контролироваться стационарными устройствами измерения тока в каждой фазе.

Для конденсаторных установок мощностью до 400 квар допускается измерение тока только в одной фазе.

5.6.25. Реактивная энергия, выданная в сеть конденсаторами, должна учитываться согласно требованиям гл. 1.5.

Установка конденсаторов

5.6.26. Конструкция конденсаторной установки должна соответствовать условиям окружающей среды.

5.6.27. Конденсаторные установки с общей массой масла более 600 кг в каждой должны быть расположены в отдельном помещении, отвечающем требованиям огнестойкости, приведенным в 4.2.76, с выходом наружу или в общее помещение.

Конденсаторные установки с общей массой масла до 600 кг в каждой, а также установки, состоящие из конденсаторов с негорючей жидкостью, могут размещаться в помещениях РУ до 1 кВ и выше или в основных и вспомогательных помещениях производств, отнесенных к категориям Г и Д по противопожарным требованиям СНиП Госстроя России.

5.6.28. При расположении внутри помещения конденсаторной установки выше 1 кВ с общей массой масла более 600 кг под установкой должен быть устроен маслоприемник, рассчитанный на 20% общей массы масла во всех конденсаторах и выполненный в соответствии с требованиями, приведенными в 4.2.101. При наружном расположении устройство маслоприемников под конденсаторами не требуется.

5.6.29. Конденсаторные установки, размещенные в общем помещении, должны иметь сетчатые ограждения или защитные кожухи. Должны бьгь также выполнены устройства, предотвращающие растекание синтетической жидкости по кабельным каналам и полу помещения при нарушении герметичности корпусов конденсаторов и обеспечивающие удаление паров жидкости из помещения.

5.6.30. Расстояние между единичными конденсаторами должно быть не менее 50 мм и должно выбираться по условиям охлаждения конденсаторов и обеспечения изоляционных расстояний.

5.6.31. Указатели перегорания внешних предохранителей конденсатора должны быть доступны для осмотра при работе батареи.

5.6.32. Температура окружающего конденсаторы воздуха не должна выходить за верхний и нижний пределы, установленные ГОСТ или техническими условиями на конденсаторы соответствующего типа.

Помещение или шкафы конденсаторной установки должны иметь отдельную систему естественной вентиляции; если она не обеспечивает снижения температуры воздуха в помещении до наибольшей допустимой, необходимо применять искусственную вентиляцию.

5.6.33. Для конденсаторов, устанавливаемых на открытом воздухе, должно учитываться наличие солнечного излучения. Конденсаторы на открытом воздухе рекомендуется устанавливать так, чтобы отрицательное воздействие на них солнечной радиации было наименьшим.

5.6.34. Соединение выводов конденсаторов между собой и присоединение их к шинам должны выполняться гибкими перемычками.

5.6.35. Конструкции, на которых устанавливаются конденсаторы, должны выполняться из несгораемых материалов. При выборе способа крепления конденсаторов необходимо учитывать тепловое расширение корпуса конденсатора.

5.6.36. При наружной установке расстояния от конденсаторов, заполненных маслом, до другого оборудования, а также противопожарные расстояния от них до зданий и сооружений должны приниматься по 4.2.67 и 4.2.68.

5.6.37. При наружной установке маслонаполненные конденсаторы должны устанавливаться согласно противопожарным требованиям группами мощностью не более 30 Мвар каждая. Расстояние в свету между группами одной конденсаторной установки должно быть не менее 4 м, а между группами разных конденсаторных установок — не менее 6 м.

5.6.38. В одном помещении с конденсаторами допускается установка относящихся к ним разрядных резисторов, разъединителей, выключателей нагрузки, малообъемных выключателей и измерительных трансформаторов.

5.6.39. При разделении конденсаторной батареи на части рекомендуется располагать их таким образом, чтобы была обеспечена безопасность работ на каждой из частей при включенных остальных.

5.6.40. На конденсаторной установке должны предусматриваться приспособления для заземления несущих металлических конструкций, которые могут находиться под напряжением при работе установки.

ПТЭЭП. Глава 2.9. Конденсаторные установки | Библиотека

• 9 февраля 2007 г. в 02:14
• 539630

• Поделиться

• Пожаловаться

Раздел 2. Электрооборудование и электроустановки общего назначения

Глава 2.9. Конденсаторные установки

2.9.1. Настоящая глава распространяется на конденсаторные установки напряжением от 0,22 до 10 кВ и частотой 50 Гц, предназначенные для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения и присоединяемые параллельно индуктивным элементам электрической сети.

2.9.2. Конденсаторная установка должна находиться в техническом состоянии, обеспечивающем ее долговременную и надежную работу.

2.9.3. Управление конденсаторной установкой, регулирование режима работы батарей конденсаторов должно быть, как правило, автоматическим.

Управление конденсаторной установкой, имеющей общий с индивидуальным приемником электрической энергии коммутационный аппарат, может осуществляться вручную одновременно с включением или отключением приемника электрической энергии.

2.9.4. Разработка режимов работы конденсаторной установки должна выполняться исходя из договорных величин экономических значений реактивной энергии и мощности. Режимы работы конденсаторной установки должны быть утверждены техническим руководителем Потребителя.

2.9.5. При напряжении, равном 110% от номинального значения, вызванном повышением напряжения в электрической сети, продолжительность работы конденсаторной установки в течение суток должна быть не более 12 ч. При повышении напряжения свыше 110% от номинального значения конденсаторная установка должна быть немедленно отключена.

Если напряжение на любом единичном конденсаторе (конденсаторах последовательного ряда) превышает 110% его номинального значения, работа конденсаторной установки не допускается.

2.9.6. Если токи в фазах различаются более чем на 10%, работа конденсаторной установки не допускается.

2.9.7. В месте установки конденсаторов должен быть предусмотрен прибор для измерения температуры окружающего воздуха. При этом должна быть обеспечена возможность наблюдения за его показаниями без отключения конденсаторной установки и снятия ограждений.

2.9.8. Если температура конденсаторов ниже предельно допустимой низшей температуры, обозначенной на их паспортных табличках или в документации завода-изготовителя, то включение в работу конденсаторной установки не допускается.

Включение конденсаторной установки разрешается лишь после повышения температуры окружающего воздуха до указанного в паспорте значения температуры.

2.9.9. Температура окружающего воздуха в месте установки конденсаторов должна быть не выше максимального значения, указанного на их паспортных табличках или в документации завода-изготовителя. При превышении этой температуры должна быть усилена вентиляция. Если в течение 1 ч температура не снизилась, конденсаторная установка должна быть отключена.

2.9.10. Конденсаторы батареи должны иметь порядковые номера, нанесенные на поверхность корпуса.

2.9.11. Включение конденсаторной установки после ее отключения допускается не ранее чем через 1 мин при наличии разрядного устройства, присоединяемого непосредственно (без коммутационных аппаратов и предохранителей) к конденсаторной батарее. Если в качестве разрядного устройства используются только встроенные в конденсаторы резисторы, то повторное включение конденсаторной установки допускается не ранее чем через 1 мин для конденсаторов напряжением 660 В и ниже и через 5 мин для конденсаторов напряжением 660 В и выше.

2.9.12. Включение конденсаторной установки, отключенной действием защитных устройств, разрешается только после выяснения и устранения причины отключения.

2.9.13. Конденсаторная установка должна быть обеспечена:

• резервным запасом предохранителей на соответствующие номинальные токи плавких вставок;
• специальной штангой для контрольного разряда конденсаторов, хранящейся в помещении конденсаторной батареи;
• противопожарными средствами (огнетушители, ящик с песком и совком).

На дверях снаружи и внутри камер, дверях шкафов конденсаторных батарей должны быть выполнены надписи, указывающие их диспетчерское наименование. На внешней стороне дверей камер, а также шкафов конденсаторных батарей, установленных в производственных помещениях, должны быть укреплены или нанесены несмываемой краской знаки безопасности. Двери должны быть постоянно заперты на замок.

2.9.14. При замене предохранителей конденсаторная установка должна быть отключена от сети и должен быть обеспечен разрыв (отключением коммутационного аппарата) электрической цепи между предохранителями и конденсаторной батареей. Если условий для такого разрыва нет, то замена предохранителей производится после контрольного разряда всех конденсаторов батареи специальной штангой.

Контрольный разряд конденсаторов разрешается производить не ранее, чем через 3 минуты после отключения установки, если нет других указаний заводов-изготовителей.

2.9.15. При техническом обслуживании конденсаторов, в которых в качестве пропитывающего диэлектрика используется трихлордифенил, следует принимать меры для предотвращения его попадания в окружающую среду. Вышедшие из строя конденсаторы с пропиткой трихлордифенилом при отсутствии условий их утилизации подлежат уничтожению в специально отведенных местах.

2.9.16. Осмотр конденсаторной установки (без отключения) должен проводиться в сроки, установленные местной производственной инструкцией, но не реже 1 раза в сутки на объектах с постоянным дежурством персонала и не реже 1 раза в месяц на объектах без постоянного дежурства.

Внеочередной осмотр конденсаторной установки проводится в случае повышения напряжения или температуры окружающего воздуха до значений, близких к наивысшим допустимым, действия защитных устройств, внешних воздействий, представляющих опасность для нормальной работы установки, а также перед ее включением.

2.9.17. При осмотре конденсаторной установки следует проверить:

• исправность ограждений и запоров, отсутствие посторонних предметов;
• значения напряжения, тока, температуры окружающего воздуха, равномерность нагрузки отдельных фаз;
• техническое состояние аппаратов, оборудования, контактных соединений, целостность и степень загрязнения изоляции;
• отсутствие капельной течи пропитывающей жидкости и недопустимого вздутия стенок корпусов конденсаторов;
• наличие и состояние средств пожаротушения.

О результатах осмотра должна быть сделана соответствующая запись в оперативном журнале.

2.9.18. Периодичность капитальных и текущих ремонтов, объем проверок и испытаний электрооборудования и устройств конденсаторной установки должны соответствовать требованиям норм испытания электрооборудования (Приложение 3).

Elec.ru в любимой социальной сети Tumblr

Актуальные новости, мероприятия, публикации и обзоры в удобном формате.

Подписаться

Конденсатор: конструкция, принцип работы, схема и ее применение

Слово «емкость» происходит от «емкость», «емкость» — «вмещать» или «хранить». конденсатор относится к устройству, способному накапливать электрическую энергию. В отличие от хранения воды, которая может храниться в прудах, озерах, резервуарах и наших морях, которые являются нашим почти неограниченным резервуаром воды, у нас есть очень ограниченные возможности для прямого хранения электроэнергии. На самом деле у нас есть только один вариант, как батарея для хранения электрической энергии в виде химической энергии, и это не прямой метод. Это явление накопления энергии, а затем ее высвобождения находит широкое применение в электрических и электронных схемах. Конденсаторы доступны в очень широком диапазоне и размеров, но функционально все они используются для хранения электрического заряда. Здесь вместо того, чтобы вдаваться в подробности конкретного конденсатора, мы ограничимся общим принципом/конструкцией конденсаторов.

Конденсатор — это устройство, способное накапливать электрический заряд как +ve, так и —ve. Из-за этого заряда между клеммами создается разность потенциалов. И конденсатор ведет себя как батарея. Их размер варьируется от маленьких шариков, используемых в электронных схемах, до больших, используемых для улучшения коэффициента мощности в силовых схемах.

Конденсатор

Конструкция конденсатора

Обычно конденсатор состоит из двух параллельных проводящих пластин, разделенных изоляционным материалом. Из-за этой изоляции между проводящими пластинами заряд/ток не может течь между пластинами и удерживается на пластинах.

Пластины могут иметь различную форму, например, прямоугольник, квадрат, круг, а также могут иметь различную форму, например бусину, диск или цилиндр, при постоянном поддержании постоянного уровня изоляции между пластинами. Размер этих конденсаторов зависит от их допустимой мощности.

Простая форма диаграммы конденсатора

Простейшую форму диаграммы конденсатора можно увидеть на изображении выше, которое говорит само за себя. В показанном конденсаторе в качестве диэлектрической среды используется воздух, но используется практически специфический изоляционный материал, способный сохранять заряд на обкладках. Это может быть керамика, бумага, полимер, масло и т. д.

Чтобы зарядить конденсатор, он должен быть подключен к источнику напряжения, и зарядный ток будет непрерывно течь к конденсатору, пока он полностью не зарядится. Когда он полностью заряжен, он сам по себе становится источником напряжения.

Также посмотрите на соседнее изображение, чтобы увидеть, как будет выглядеть небольшой цилиндрический конденсатор. Однако можно добавить, что очень маленькие и большие конденсаторы могут быть разных форм и размеров. Большинство конденсаторов представляют собой многослойные конденсаторы, так что даже при небольшом размере мы можем накапливать большее количество заряда. Однополярные конденсаторы можно использовать только при постоянном токе, тогда как биполярные можно использовать при постоянном и переменном токе. Конденсатор надлежащим образом герметизирован снаружи, чтобы не было проникновения внутрь. На корпусе каждого конденсатора указаны его емкость, напряжение и полярность. Он создан, чтобы выдерживать механические удары.

Базовая схема конденсаторов

На изображении ниже показана простая схема, показывающая, как происходит зарядка и разрядка конденсатора в цепи. По мере того, как переключатель переключателя перемещается к положительной клемме аккумулятора, положительные заряды начинают накапливаться на положительной пластине конденсатора с эквивалентным отрицательным зарядом, накапливающимся на отрицательной пластине, и это продолжается до тех пор, пока напряжение конденсатора не совпадет с напряжением батареи. Теперь, когда мы перемещаем переключатель таким образом, чтобы он соединился с отрицательной пластиной, батарея размыкается, а сопротивление подключается к конденсатору. Поскольку заряженный конденсатор ведет себя как источник напряжения, он разряжается через сопротивление.

Принципиальная схема

Обозначение конденсатора

Каждая страна и стандарт имеют свой собственный способ обозначения конденсаторов, однако наиболее распространенные из них приведены ниже.

Обозначения конденсаторов

Принцип работы конденсатора

Поскольку мы знаем, что когда источник напряжения подключен к проводнику, он заряжается, скажем, на величину Q. А поскольку заряд пропорционален приложенному напряжению, мы можем сказать, что:

Q∝V

Чтобы приравнять заряд Q и напряжение V.

Q=CV, где C — емкость проводника.

C=Q/V, значение C зависит от различных факторов, указанных ниже.

• Область пластины/проводника. Чем больше площадь пластины, тем больше накопление заряда на ней.
• Зазор между пластинами. При большом зазоре между пластинами емкость уменьшается из-за уменьшения силы связи заряда/поля или уменьшения диэлектрической проницаемости.
• Диэлектрическая среда. Значение емкости может увеличиться, если мы используем материал с высокой диэлектрической проницаемостью. Например, относительная диэлектрическая проницаемость воздуха приблизительно равна 1, а стекло/керамика приблизительно больше 7,9.0050

Все эти факторы имеют первостепенное значение при разработке конденсатора. Математическое выражение для того же:

Математическое выражение для конденсатора

Энергия, запасенная в конденсаторе, определяется по формуле: Q=CV и W=CV²/2. Это также известно как формула конденсатора.

Здесь можно добавить, что для достижения желаемой емкости можно использовать последовательно-параллельную комбинацию, как показано на рисунке ниже, где Cp — результирующая емкость при параллельном подключении, а Cs — результирующая емкость при последовательном подключении.

Конденсатор в последовательном и параллельном соединении

Измерение емкости

Стандартной единицей измерения емкости является Фарад, названный в честь ученого Майкла Фарадея.

1 фарад = 1 кулон/вольт

фарад — очень большая единица измерения, на практике мы обычно используем меньшие единицы, такие как нанофарады, пикофарады, микрофарады и т. д.

измерение емкости

применение конденсаторов Конденсаторы используются почти во всех областях электроники, а также играют очень важную роль в силовых цепях. В зависимости от приложения мы можем использовать разные типы конденсаторов для разных приложений.

• В электронике мы используем конденсаторы для фильтров, генераторов и настроенных схем, и для этих приложений в основном керамические конденсаторы из-за их превосходных диэлектрических свойств.

Конденсаторы

• также можно использовать в качестве устройств измерения времени, поскольку время зарядки и разрядки можно заранее определить с помощью постоянной времени RC.
• Конденсаторы используются в качестве устройств радиочастотной связи/блокировки и развязки/шунтирования.
• Конденсаторы также используются в качестве сглаживающего устройства для различных генераторов волн и преобразователей/инверторов частоты, а также используются там, где высока частота коммутации.
• Конденсаторы используются в качестве делителей и умножителей напряжения.
• В качестве удерживающих устройств конденсаторы способны сохранять напряжение/значение даже при перебоях в подаче питания.
• Для защиты различных силовых электронных устройств в снабберных цепях используются конденсаторы.
• Конденсаторы играют важную роль в фильтрации шума. Конденсатор пленочного типа подходит для этого применения.
• Наиболее важным компонентом всех аналого-цифровых преобразователей являются конденсаторы. Для этого приложения могут использоваться электролитические конденсаторы.
• Различные системы зажигания также используют конденсаторы для высокого напряжения зажигания.
• В электрической системе конденсатор играет важную роль в улучшении коэффициента мощности, что не только увеличивает активную мощность, но и увеличивает срок службы распределительного устройства.

Конденсаторы

• также используются в качестве альтернативного источника питания постоянным током (аварийное питание) для отключения в случае выхода из строя основного аккумулятора.

Конденсаторы

• также используются в качестве фазорасщепителя в однофазном двигателе переменного тока. Алюминиевый электролитический конденсатор наиболее подходит для этого применения.

Итак, это обзор конденсатора, используемого во многих электронных приложениях. Почти невозможно представить электронное устройство без конденсатора. В энергетических приложениях их роль в качестве улучшителя коэффициента мощности значительна. Однако в качестве накопителей энергии им еще предстоит сыграть большую роль из-за низкого отношения мощности к объему. В будущем мы можем увидеть много шагов в этом направлении. Расширение использования электромобилей также увеличит исследования в этом направлении.

Принцип работы конденсатора, типы и применение

19 февраля 2022 г. 16 февраля 2022 г. от baua

Слово «емкость» происходит от слова «вместимость», «вместимость» или «хранение». Принцип работы конденсатора относится к хранению электрической энергии в форме заряда, единицей заряда является кулон. Конденсаторы доступны в очень широком диапазоне и размеров, но функционально все они используются для хранения электрического заряда. Здесь вместо того, чтобы вдаваться в подробности конкретного конденсатора, мы ограничимся общим принципом и конструкцией конденсатора.

Содержание

Что такое конденсатор?

Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрический заряд как +ve, так и -ve. Из-за этого заряда между клеммами создается разность потенциалов, и конденсатор ведет себя как батарея.

Конструкция конденсатора

Обычно конденсатор состоит из двух параллельных проводящих пластин, разделенных изоляционным материалом. Из-за этой изоляции между проводящими пластинами заряд/ток не может течь между пластинами и удерживается на пластинах. Пластины могут иметь различную форму, такую ​​как прямоугольник, квадрат, круг, и могут иметь различную форму, такую ​​как шарик, диск или цилиндрический тип, всегда поддерживая постоянный уровень изоляции между пластинами. Размер этих конденсаторов зависит от их допустимой мощности.

Обозначение конденсатора

Принцип работы конденсатора

Поскольку мы знаем, что когда источник напряжения подключен к проводнику, он заряжается, скажем, на величину Q. А поскольку заряд пропорционален приложенному напряжению, то основной рабочий конденсатор принцип заключается в том, что он накапливает электрический заряд и действует как источник напряжения

Q∝V

Чтобы приравнять заряд Q и напряжение V.

Q=CV, где C – емкость проводника.

C=Q/V, значение C зависит от различных факторов, указанных ниже.

• Область пластины/проводника. Чем больше площадь пластины, тем больше накопление заряда на ней.
• Зазор между пластинами. При большом зазоре между пластинами емкость уменьшается из-за уменьшения силы связи заряда/поля или уменьшения диэлектрической проницаемости.
• Диэлектрическая среда. Значение емкости может увеличиться, если мы используем материал с высокой диэлектрической проницаемостью. Например, относительная диэлектрическая проницаемость воздуха приблизительно равна 1, а стекло/керамика приблизительно больше 7,9.0050

Все эти факторы имеют первостепенное значение при разработке конденсатора. Математическое выражение для того же:

Предположим, что A – площадь каждой пластины, d – расстояние между пластинами, K – диэлектрическая проницаемость среды между пластинами. Если

— величина плотности заряда пластин, то емкость плоского конденсатора будет следующей.

Формула накопления энергии в конденсаторе определяется как Q=CV и W=CV²/2. Это также известно как формула конденсатора. емкость плоскопараллельного конденсатора равна C1+C2+…….Cn, тогда как емкость последовательного конденсатора указана ниже на рисунке.

После извлечения этой батареи из этого конденсатора, эти две пластины удерживают положительный и отрицательный заряд в течение определенного времени. Таким образом, этот конденсатор действует как источник электрической энергии. Если два конца (пластина I и пластина II) подключены к нагрузке, ток будет течь через эту нагрузку от пластины I к пластине II до тех пор, пока все заряды не исчезнут с обеих пластин. Этот промежуток времени известен как время разрядки конденсатора.

Уравнения конденсатора

Уравнение заряда конденсатора с учетом простой RC-цепи задается как Q=Q0​(1−e−t/CR) Если в любой момент во время зарядки I – ток в цепи, а Q – заряд конденсатора. Поскольку ток перестает течь, когда конденсатор полностью заряжен в принципе , а на самом деле он составляет 99,999%, то при Q = Q ₀ (максимальное значение заряда на конденсаторе ), I = 0,

Уравнение разряда конденсатора

с учетом простой RC-цепи имеет вид Q=Q0​e-t/CR , где Q0 — максимальный заряд в момент времени t=0.

Конденсатор в цепи постоянного тока

Предположим, конденсатор подключен к батарее через переключатель.

При включении ключа, т. е. при t = ⁺ 0, через этот конденсатор начнет протекать ток. По прошествии определенного времени (т. е. времени зарядки) конденсатор никогда не позволяет току течь через него дальше. Это связано с тем, что максимальные заряды накапливаются на обеих пластинах, и конденсатор действует как источник, у которого положительный конец подключен к положительному концу батареи, а отрицательный конец подключен к отрицательному концу батареи с той же мощностью.

Из-за нулевой разности потенциалов между аккумулятором и конденсатором через него не будет протекать ток. Таким образом, можно сказать, что первоначально конденсатор закорочен и, наконец, разомкнут цепь, когда он подключен к батарее или источнику постоянного тока.

Конденсатор в цепи переменного тока

Предположим, конденсатор подключен к источнику переменного тока. Учтите, что в определенный момент положительной половины этого переменного напряжения пластина-I получает положительную полярность, а пластина-II — отрицательную. Именно в этот момент пластина-I накапливает положительный заряд, а пластина-II накапливает отрицательный заряд.

Но при отрицательной половине этого приложенного переменного напряжения пластина-I получает отрицательный заряд, а пластина-II положительный заряд. Между этими двумя пластинами нет потока электронов из-за диэлектрика, расположенного между пластинами, но они меняют свою полярность при изменении полярности источника. Пластины конденсатора попеременно заряжаются и разряжаются от сети переменного тока.

Применение конденсатора

• В электронике мы используем конденсаторы для фильтров, генераторов и настроенных цепей, и для этих приложений в основном используются керамические конденсаторы из-за их превосходных диэлектрических свойств.
• Конденсаторы также можно использовать в качестве устройств измерения времени, поскольку время зарядки и разрядки можно заранее определить с помощью постоянной времени RC.
• Конденсаторы используются в качестве устройств радиочастотной связи/блокировки и развязки/шунтирования.
• Конденсаторы также используются в качестве сглаживающих устройств для различных генераторов волн и преобразователей частоты, инверторов, например выпрямителей, а также используются там, где частота коммутации высока.
• Конденсаторы используются в качестве делителей и умножителей напряжения.
• В качестве удерживающих устройств конденсаторы способны сохранять напряжение/значение даже при перебоях в подаче питания.
• Для защиты различных силовых электронных устройств в снабберных цепях используются конденсаторы.
• Конденсаторы играют важную роль в фильтрации шума. Конденсатор пленочного типа подходит для этого применения.
• Наиболее важным компонентом всех аналого-цифровых преобразователей являются конденсаторы. Для этого приложения могут использоваться электролитические конденсаторы.
• Различные системы зажигания также используют конденсаторы для высокого напряжения зажигания.
• В электрической системе конденсатор играет важную роль в улучшении коэффициента мощности, что не только увеличивает активную мощность, но и увеличивает срок службы распределительного устройства.
• Конденсаторы также используются в качестве альтернативного источника питания постоянного тока (аварийного питания) для отключения в случае выхода из строя основного аккумулятора.
• Конденсаторы также используются в качестве фазорасщепителя в однофазном двигателе переменного тока. Алюминиевый электролитический конденсатор наиболее подходит для этого применения.
• Конденсатор также используется для коррекции коэффициента мощности
• Шум в электронной схеме отводится на землю с помощью обходного конденсатора, работающего по принципу низкого импеданса для высокочастотного сигнала.

Типы конденсаторов

1. Конденсатор постоянной емкости

Как видно из названия, конденсатор фиксированной емкости — это тип конденсатора, обеспечивающий фиксированную емкость. Это означает, что он способен хранить в себе только заданное количество зарядов. Другие фиксированные конденсаторы можно классифицировать по диэлектрическому материалу, используемому между проводящими пластинами, например, бумажный конденсатор, пластиковый конденсатор, керамический конденсатор и т. д.

1. Поляризованные конденсаторы

Поляризованные конденсаторы — это конденсаторы с предопределенной полярностью контактов. Перед подключением полярного конденсатора к цепи важно помнить о полярности контактов конденсатора. Наиболее распространенными поляризованными конденсаторами являются электролитические конденсаторы.

2. Неполяризованные конденсаторы

Неполяризованные или неполярные конденсаторы — это конденсаторы, которые можно включать в цепь независимо от полярности контактов. Это означает, что неполярные конденсаторы не имеют предполагаемой полярности контактов. Они также известны как биполярные конденсаторы.

2. Переменные конденсаторы

Конденсаторы, емкость которых может изменяться электронным или механическим способом, известны как переменные конденсаторы. Переменный конденсатор состоит из неподвижной пластины и переменной пластины. Изменяя расстояние между двумя пластинами, можно изменять емкость. Эти конденсаторы используются в антеннах для согласования импеданса.

1. Подстроечные конденсаторы

Подстроечный конденсатор или подстроечные конденсаторы состоят из статора, ротора и рамы. Статор является неподвижной частью, а ротор движется с помощью подвижного вала. Когда лопасти ротора входят в паз статора, они действуют как пластины конденсатора.

Значение емкости максимально, когда лопасти ротора входят в пазы статора, и значение емкости минимально, когда лопасти находятся вдали от пазов. Емкость подстроечных конденсаторов колеблется от нескольких пикофарад до нескольких десятков пикофарад. В основном они используются в LC-цепях радиоприёмников.

2. Подстроечные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы состоят из трех контактов; один подключен к неподвижной пластине, один к поворотной пластине, а другой является общим штифтом. Емкость подстроечного конденсатора можно изменять с помощью отвертки. Подвижная пластина конденсатора имеет полукруглую форму. Емкость зависит от площади, противоположной подвижному полукруглому диску и неподвижной пластине. Когда противоположная площадь больше, значение емкости будет выше, тогда как с уменьшением противоположной области емкость соответственно уменьшается.

3. Электролитические конденсаторы 

Первый электрод электролитического конденсатора состоит из тонкой металлической пленки, тогда как второй электрод или катод состоит из полужидкого раствора электролита в форме желе или пасты. Между двумя электродами образуется тонкий слой оксида, который действует как диэлектрическая среда. Электролитический конденсатор используется в приложениях, где требуются высокие значения емкости.

4. Керамический конденсатор

Керамические конденсаторы — это конденсаторы, в которых в качестве диэлектрической среды между двумя электродами используется керамика. Как правило, они имеют низкое значение емкости и являются неполярными конденсаторами. Керамический конденсатор обычно имеет круглую форму и оранжевый цвет.

5. Пленочный конденсатор

В пленочных конденсаторах в качестве диэлектрического материала используется пластиковая пленка. Они чаще всего используются в приложениях, где желательны стабильность, низкая индуктивность и низкая цена.

Кроме того, пленочные конденсаторы можно разделить на полиэфирные пленки, металлизированные пленки, полипропиленовые пленки, пленки PTE и пленочные конденсаторы из полистирола.

При проектировании источника питания мы должны выбрать конденсатор, а перед этим важно, чтобы конденсатор выдерживал наихудшие условия. здесь мы перечисляем наиболее важные факторы, которые необходимо учитывать при выборе конденсатора.

1. Значение емкости

Во-первых, прежде чем проектировать любой конденсатор для любого источника питания, необходимо знать емкость, а это следует из надлежащего расчета. метод расчета емкости варьируется от преобразователя к преобразователю.

2. Номинальный пиковый ток

Значение номинального пикового тока — это максимальный ток, который конденсатор может выдержать без повреждения. значение пульсирующего тока не должно превышать значение пикового тока.

3. Частота

частота тока, поступающего в конденсатор, должна быть известна и не должна превышать номинальную частоту конденсатора, а также должна иметь запас не менее 30 % с учетом влияния электромагнитных помех.

4. ESR и ESL

ESR означает эквивалентное последовательное сопротивление, а ESL означает эквивалентную последовательную индуктивность. каждый конденсатор имеет внутреннее сопротивление, которое создает дополнительные потери мощности и падение напряжения, чтобы ESR не было как можно меньше. тогда как ESL следует избегать, что можно сделать, работая конденсатором ниже этой собственной резонансной частоты (SRF) конденсатора, т.е. F_srf > F_работа. Конденсатор ведет себя как конденсатор ниже SRF, а выше SRF действует как индуктор.

5. Допуск

Емкость может варьироваться между минимальным и максимальным значением по разным причинам. так что мы должны смотреть, что минимальная емкость в худшем случае должна быть больше расчетной.

6. Температура

Следует внимательно отметить рабочую температуру, которая должна находиться в пределах диапазона номинальной температуры.

7. Коэффициент рассеяния 9Коэффициент рассеивания 0009

говорит о том, сколько мощности будет обеспечивать конденсатор потерь мощности. больше, чем меньше, тем лучше.

8. Тип конденсатора

На рынке имеется много конденсаторов с одинаковым значением емкости, поэтому какой из них следует выбрать, ответ зависит от области применения. для например. электролитический, керамический, слюдяной, полиэфирный, пленочный, полипропиленовый, тонкопленочный конденсатор, MLCC, другие, например, постоянного тока высокого напряжения малой мощности с полярностью, мы используем электролитический конденсатор.