Kondensator elektryczny to urządzenie, które może przechowywać ładunek i energię z pola elektrycznego. Zasadniczo składa się z pary przewodników (płytek) oddzielonych warstwą dielektryczną. Grubość dielektryka jest zawsze znacznie mniejsza niż wielkość płytek. W elektrycznych obwodach równoważnych kondensator jest oznaczony 2 pionowymi równoległymi segmentami (II).
Podstawowe wielkości i jednostki miary
Istnieje kilka podstawowych wielkości definiujących kondensator. Jednym z nich jest jego pojemność (łac. litera C), a drugim napięcie robocze (łac. U). Pojemność elektryczna (lub po prostu pojemność) w układzie SI jest mierzona w faradach (F). Co więcej, jako jednostka pojemności, 1 farad - to dużo - prawie nigdy nie jest używany w praktyce. Na przykład ładunek elektryczny planety Ziemia wynosi tylko 710 mikrofaradów. Dlatego pojemność elektryczna kondensatorów w większości przypadków jest mierzona w wielkościach farada: w pikofaradach (pF) przy bardzo małej wartości pojemności (1 pF=1/106µF), w mikrofaradach (µF) przy wystarczająco dużej wartości (1 uF=1/106F). Aby obliczyć pojemność elektryczną, jest to koniecznepodzielić ilość ładunku nagromadzonego między płytkami przez moduł różnicy potencjałów między nimi (napięcie na kondensatorze). Ładunek kondensatora w tym przypadku jest ładunkiem gromadzącym się na jednej z płytek danego urządzenia. Na 2 przewodach urządzenia mają identyczny moduł, ale różnią się znakiem, więc ich suma jest zawsze równa zeru. Ładunek kondensatora jest mierzony w kulombach (C) i oznaczony literą Q.
Napięcie na urządzeniu elektrycznym
Jednym z najważniejszych parametrów rozważanego przez nas urządzenia jest napięcie przebicia - różnica potencjałów między dwoma przewodami kondensatora, prowadząca do przebicia warstwy dielektrycznej. Maksymalne napięcie, przy którym nie dochodzi do przebicia urządzenia, zależy od kształtu przewodników, właściwości dielektryka i jego grubości. Warunki pracy, w których napięcie na płytach urządzenia elektrycznego jest zbliżone do napięcia przebicia, są niedopuszczalne. Normalne napięcie robocze na kondensatorze jest kilkakrotnie mniejsze niż napięcie przebicia (dwa do trzech razy). Dlatego przy wyborze zwracaj uwagę na napięcie znamionowe i pojemność. W większości przypadków wartość tych ilości jest podana na samym urządzeniu lub w paszporcie. Włączenie do sieci kondensatora na napięcie przekraczające napięcie nominalne grozi przebiciem, a odchylenie wartości pojemności od wartości nominalnej może doprowadzić do wypuszczenia do sieci wyższych harmonicznych i przegrzania urządzenia.
Wygląd kondensatorów
Kondensatory mogą być projektowanenajbardziej zróżnicowany. Zależy to od wartości pojemności elektrycznej urządzenia i jego przeznaczenia. Na parametry rozpatrywanego urządzenia nie powinny mieć wpływu czynniki zewnętrzne, dlatego płytki są ukształtowane w taki sposób, aby pole elektryczne wytworzone przez ładunki elektryczne było skoncentrowane w niewielkiej szczelinie pomiędzy przewodami kondensatora. Dlatego mogą składać się z dwóch koncentrycznych kul, dwóch płaskich płyt lub dwóch współosiowych walców. Dlatego kondensatory mogą być cylindryczne, kuliste i płaskie w zależności od kształtu przewodników.
Kondensatory stałe
W zależności od charakteru zmiany pojemności elektrycznej kondensatory dzielą się na urządzenia o stałej, zmiennej pojemności lub trymery. Przyjrzyjmy się bliżej każdemu z tych typów. Urządzenia, których pojemność nie zmienia się podczas pracy, czyli jest stała (wartość pojemności może nadal wahać się w dopuszczalnych granicach w zależności od temperatury) są kondensatorami stałymi. Istnieją również urządzenia elektryczne, które zmieniają swoją pojemność elektryczną podczas pracy, nazywane są zmiennymi.
Od czego zależy C w kondensatorze
Pojemność elektryczna zależy od powierzchni przewodów i odległości między nimi. Istnieje kilka sposobów zmiany tych ustawień. Rozważ kondensator, który składa się z dwóch rodzajów płyt: ruchomej i stałej. Ruchome płytki poruszają się względem stałych, w wyniku czego zmienia się pojemność kondensatora. Zmienne analogi służą do regulacji analoguurządzenia. Co więcej, pojemność można zmieniać podczas pracy. Kondensatory trymera są w większości przypadków używane do strojenia wyposażenia fabrycznego, na przykład do empirycznego wyboru pojemności, gdy obliczenia są niemożliwe.
Kondensator w obwodzie
Przedmiotowe urządzenie w obwodzie prądu stałego przewodzi prąd tylko w momencie podłączenia do sieci (w tym przypadku urządzenie jest ładowane lub ładowane do napięcia źródłowego). Gdy kondensator jest w pełni naładowany, nie przepływa przez niego prąd. Gdy urządzenie jest podłączone do obwodu prądu przemiennego, procesy rozładowywania i ładowania go naprzemiennie. Okres ich przemiany jest równy okresowi oscylacji przyłożonego napięcia sinusoidalnego.
Charakterystyka kondensatorów
Kondensator, w zależności od stanu elektrolitu i materiału, z którego się składa, może być suchy, płynny, półprzewodnikowy tlenkowy, metaliczny. Kondensatory płynne są dobrze chłodzone, urządzenia te mogą pracować pod dużym obciążeniem i mają tak ważną właściwość, jak samoregeneracja dielektryka podczas awarii. Rozważane urządzenia elektryczne typu suchego mają dość prostą konstrukcję, nieco mniejsze straty napięcia i prąd upływowy. W tej chwili największą popularnością cieszą się urządzenia suche. Główną zaletą kondensatorów elektrolitycznych jest ich niski koszt, niewielkie rozmiary i duża pojemność elektryczna. Analogi tlenków są biegunowe (nieprawidłowe podłączenie prowadzi do awarii).
Jak podłączyć
Podłączenie kondensatora do obwodu prądu stałego przebiega następująco: plus (anoda) źródła prądu jest podłączony do elektrody, która jest pokryta warstwą tlenku. Niespełnienie tego wymogu może spowodować przebicie dielektryka. Z tego powodu kondensatory płynne muszą być podłączone do obwodu ze źródłem prądu przemiennego, łącząc dwie identyczne sekcje w przeciwnych szeregach. Lub nałóż warstwę tlenku na obie elektrody. W ten sposób uzyskuje się niepolarne urządzenie elektryczne, pracujące w sieciach zarówno z prądem stałym, jak i sinusoidalnym. Ale w obu przypadkach uzyskana pojemność staje się o połowę mniejsza. Jednobiegunowe kondensatory elektryczne są duże, ale mogą być stosowane w obwodach prądu przemiennego.
Główne zastosowanie kondensatorów
Słowo „kondensator” można usłyszeć od pracowników różnych przedsiębiorstw przemysłowych i instytutów projektowych. Zajmując się zasadą działania, charakterystyką i procesami fizycznymi, dowiemy się, dlaczego kondensatory są potrzebne np. w układach zasilających? W tych systemach akumulatory są szeroko stosowane w budownictwie i przebudowie w przedsiębiorstwach przemysłowych, aby zrekompensować moc bierną RFC (odciążenie sieci od niechcianych przelewów), co zmniejsza koszty energii elektrycznej, oszczędza na produktach kablowych i dostarcza konsumentowi energię elektryczną lepszej jakości.. Optymalny dobór mocy, sposobu i miejsca przyłączenia źródeł mocy biernej (Q) w sieciach systemów elektroenergetycznych (EPS) zapewniaznaczący wpływ na wyniki ekonomiczne i techniczne SEE. Istnieją dwa rodzaje KRM: poprzeczne i podłużne. Dzięki kompensacji poprzecznej baterie kondensatorów są połączone z szynami zbiorczymi podstacji równolegle z obciążeniem i nazywane są bocznikiem (SHBK). Przy kompensacji wzdłużnej akumulatory wchodzą w skład linii energetycznej i noszą nazwę SPC (urządzenia kompensacji wzdłużnej). Baterie składają się z pojedynczych urządzeń, które można łączyć na różne sposoby: kondensatory połączone szeregowo lub równolegle. Wraz ze wzrostem liczby urządzeń połączonych szeregowo wzrasta napięcie. APC służy również do wyrównywania obciążeń według faz, zwiększania wydajności i sprawności pieców łukowych i rudo-termicznych (gdy APC jest włączany przez specjalne transformatory).
W równoważnych obwodach linii przesyłowych o napięciu powyżej 110 kV przewodzenie pojemnościowe do ziemi jest określane jako kondensatory. Zasilanie linii wynika z pojemności między przewodami różnych faz i pojemności utworzonej przez przewód fazowy i uziemienie. Dlatego do obliczenia trybów pracy sieci, parametrów linii elektroenergetycznych oraz określenia miejsc uszkodzeń sieci elektrycznej wykorzystuje się właściwości kondensatora.
Więcej aplikacji
Również termin ten można usłyszeć od pracowników kolei. Dlaczego potrzebują kondensatorów? W lokomotywach elektrycznych i lokomotywach spalinowych urządzenia te służą do zmniejszenia iskrzenia styków urządzeń elektrycznych, wygładzenia prądu pulsującego generowanego przez prostowniki i pulsującegowyłączników, a także do generowania symetrycznego napięcia sinusoidalnego wykorzystywanego do zasilania silników elektrycznych.
Jednak to słowo najczęściej słyszy się z ust radioamatora. Po co mu kondensatory? W radiotechnice wykorzystywane są do tworzenia oscylacji elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości, wchodzą w skład filtrów wygładzających, zasilaczy, wzmacniaczy i płytek drukowanych.
W schowku każdego kierowcy można znaleźć kilka takich urządzeń elektrycznych. Dlaczego kondensatory są potrzebne w samochodzie? Tam są wykorzystywane w sprzęcie wzmacniającym systemów akustycznych do wysokiej jakości odtwarzania dźwięku.
