Рабочее напряжение
После емкости напряжение является важнейшим параметром. Если взять слишком большой запас по напряжению — сильно вырастут габариты, вес и цена всего устройства. Еще хуже – взять устройства, которым не хватает рабочего напряжения. Такое использование приведет к их быстрому износу, выходу из строя, пробою. При этом возможно возгорание или даже взрыв.
Оптимальный запас по напряжению — 15-20%.
Важно! Для конденсаторов с диэлектриком из бумаги в цепях с переменным напряжением номинальное напряжение, указанное для постоянного тока, нужно поделить на 3. Если указано 600 вольт, то в цепях переменного тока безопасно применять такие конденсаторы можно до 300 вольт
Если указано 600 вольт, то в цепях переменного тока безопасно применять такие конденсаторы можно до 300 вольт.
История происхождения электролитических конденсаторов
Корни рождения электролитического конденсатора нужно искать в его строении. У него одна из обкладок пластины из фольги – это анод (положительный вывод). Диэлектрик – оксидный слой. Вещество, которым заполнено пространство, – электролит. Электролит может быть жидким, а может быть твёрдым. Он служит катодом (отрицательный вывод). Отсюда и название «электролитический».
При электрохимических опытах с металлами (цинком, ниобием, танталом, кадмием и другими) француз Дюкрэ в 1875 году открыл эффект оксидирования.
Информация. Опыт показал, что при подключении плюса от источника питания к алюминиевой заготовке (аноду) на её поверхности образовывался оксидный слой, имеющий n-проводимость. Получается своеобразный диод. Присоединение в прямом направлении даёт низкое падение напряжения и в результате повышенную ёмкость.
Устройство электролитической ёмкости и внешний вид
Зарядка и разрядка
Рассмотрим такую схему:
Пока переключатель находится в положении 1, на конденсаторе создаётся напряжение — он заряжается.
Заряд Q на пластине в определённый момент времени расчитывается по формуле:
C — ёмкость, e — экспонента (константа ≈ 2.71828), t — время с момента начала зарядки.
Заряд на второй пластине по значению всегда точно такой же, но с противоположным знаком. Если резистор
R убрать, останется лишь небольшое сопротивление проводов (оно и станет значением R)
и зарядка будет происходить очень быстро.
Изобразив функцию на графике, получим такую картину:
Как видно, заряд растёт не равномерно, а обратно-экспоненциально. Это связанно с тем, что по
мере того, как заряд копится, он создаёт всё большее и большее обратное напряжение Vc,
которое «сопротивляется» Vin.
Заканчивается всё тем, что Vc становится равным по значению Vin и
ток перестаёт течь вовсе. В этот момент говорят, что конденсатор достиг точки насыщения (equilibrium).
Заряд при этом достигает максимума.
Вспомнив , мы можем изобразить зависимость силы тока в нашей
цепи при зарядке конденсатора.
Теперь, когда система находится в равновесии, поставим переключатель в положение 2.
На пластинах конденсатора заряды противоположных знаков, они создают напряжение — появляется ток
через нагрузку (Load). Ток пойдёт в противоположном направлении, если сравнивать с направлением
источника питания. Разрядка тоже будет происходить наоборот: сначала заряд будет теряться быстро,
затем, с падением напряжения создаваемого им же, всё медленее и медленее. Если за Q
обозначить заряд, который был на конденсаторе изначально, то:
Эти величины на графике выглядят следующим образом:
Опять же, через некоторое время система придёт в состояние покоя: весь заряд потеряется, напряжение
исчезнет, течение тока прекратится.
Если снова воспользоваться переключателем, всё начнётся по кругу. Таким образом конденсатор
ничего не делает кроме как размыкает цепь когда напряжение постоянно; и «работает», когда напряжение
резко меняется. Это его свойство и определяет когда и как он применяется на практике.
Как подключать конденсаторы
Подключение любого вида конденсаторов должно производиться по точной схеме. Рабочий конденсатор подключается снизу, а пусковой выше параллельно ем.
Кроме того, важно не забыть подключить кнопку пуска, при этом следите за последовательностью проводов
При помощи такой схемы можно подключать и конденсаторы на проверку. При суммировании мощностей рабочего и пускового конденсаторов будет получаться, что мощность меняется.
Здесь уже требуется наблюдать за состоянием работы непосредственно самого электродвигателя. Если он работает хорошо, то выбрана нужная мощность.
Также можно подключать последовательно несколько конденсаторов пускового типа и смотреть за двигателем.
Виды конденсаторов
Бумажные и металлобумажные конденсаторы
У бумажного конденсатора диэлектриком, разделяющим фольгированные обкладки, является специальная конденсаторная бумага. В электронике бумажные конденсаторы могут применяться как в цепях низкой частоты, так и в высокочастотных цепях.
Хорошим качеством электрической изоляции и повышенной удельной емкостью обладают герметичные металлобумажные конденсаторы, у которых вместо фольги (как в бумажных конденсаторах) используется вакуумное напыление металла на бумажный диэлектрик.
Бумажный конденсатор не имеет большую механическую прочность, поэтому его начинку помещают в металлический корпус, служащий механической основой его конструкции.
Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…
Электролитические конденсаторы
В электролитических конденсаторах, в отличии от бумажных, диэлектриком является тонкий слой оксида металла, образованный электрохимическим способом на положительной обложке из того же металла.
Вторую обложку представляет собой жидкий или сухой электролит. Материалом, создающим металлический электрод в электролитическом конденсаторе, может быть, в частности, алюминий и тантал. Традиционно, на техническом жаргоне «электролитом» называют алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом.
Но, на самом деле, к электролитическим также относятся и танталовые конденсаторы с твердым электролитом (реже встречаются с жидким электролитом). Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, и поэтому они могут работать только в цепях с постоянным напряжением с соблюдением полярности.
В случае инверсии полярности, может произойти необратимая химическая реакция внутри конденсатора, ведущая к разрушению конденсатора, вплоть до его взрыва по причине выделяемого внутри него газа.
К электролитическим конденсаторам так же относится, так называемые, суперконденсаторы (ионисторы) обладающие электроемкостью, доходящей порой до нескольких тысяч Фарад.
Алюминиевые электролитические конденсаторы
В качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al2O3),
Свойства:
- работают корректно только на малых частотах;
- имеют большую емкость.
Характеризуются высоким соотношением емкости к размеру: электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру.
Характеризуются высокими токами утечки, имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.
Танталовые электролитические конденсаторы
Это вид электролитического конденсатора, в котором металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta2O5).
Свойства:
- высокая устойчивость к внешнему воздействию;
- компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя;
- меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.
Полимерные конденсаторы
В отличие от обычных электролитических конденсаторов, современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечке заряда.
Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах.
Полимерные конденсаторы могут заменять электролитические или танталовые конденсаторы во многих схемах, например, в фильтрах для импульсных блоков питания, или в преобразователях DC-DC.
Подразделения конденсаторов по возможности изменения емкости
По данному параметру детали этой категории делят на:
Специфические названия определяют главные конструктивные особенности, целевое назначение. Типовой постоянный конденсатор создают из проводящих обкладок, свернутых в рулон для уменьшения габаритов. Между ними устанавливают диэлектрик. Сборку помещают в металлический корпус или заливают полимером для обеспечения необходимых параметров защищенности.
В переменных и подстроечных моделях применяют наборы из пластин с механическим приводом. Изменением положения рабочих элементов устанавливают необходимое значение емкости. Каждое изделие рассчитано на определенный диапазон рабочих параметров. Такие конденсаторы применяют для точной настройки колебательного контура. Их устанавливают в радиоэлектронных блоках, чтобы регулировать отдельные рабочие параметры в процессе эксплуатации.
Неполярные конденсаторы
К неполярным конденсаторам относят конденсаторы, для которых неважна полярность. Такие конденсаторы обладают симметричностью. Обозначение неполярных конденсаторов на электросхемах выглядит вот так.
обозначение конденсатора на схеме
Конденсаторы переменной емкости
Эти виды конденсаторов имеют воздушный диэлектрик и могут менять свою емкость под действием внешней силы, например, такой как рука человека. Ниже на фото советские типы таких переменных конденсаторов.
переменные конденсаторы
Современные выглядят чуточку красивее
подстроечные конденсаторы
Переменный конденсатор от подстроечного отличается лишь тем, что переменный конденсатор крутят чаще, чем подстроечный. Подстроечный крутят раз в жизни)
На схемах обозначаются так.
переменный конденсатор обозначение на схеме
Слева -переменный, справа – подстроечный.
Пленочные конденсаторы
Пленочные конденсаторы являются самыми распространенными в большом семействе конденсаторов. Они названы так потому, что вместо диэлектрика здесь используется тонкая пленка, которая может состоять из полиэстера, полипропилена, поликарбоната, тефлона и много еще из чего. Такие конденсаторы идут от номинала 5 пФ и до 100 мкФ. Они могут быть сделаны по принципу бетерброда
А также по принципу рулета
Давайте рассмотрим К73-9 советский пленочный конденсатор.
к73-9 советский конденсатор
Что же у него внутри? Смотрим.
Как и ожидалось, рулончик из фольги с диэлектриком-пленкой
что внутри конденсатора
Керамические конденсаторы
Керамические конденсаторы – это конденсаторы, которые изготавливают из керамики или фарфора, которые покрывают серебром. Берут диск квадратной или круглой формы, напыляют с с двух сторон серебро, выводят выводы и вуаля! Конденсатор готов! То есть и есть самый простой плоский конденсатор, о котором мы говорили выше в этой статье.
Хотите получишь емкость больше? Не вопрос! Складываем диски в бутерброд и увеличиваем емкость
Выглядеть керамические конденсаторы могут вот так:
керамические конденсаторыкерамические каплевидные конденсаторы
SMD конденсаторы
SMD конденсаторы – это керамические конденсаторы, которые построены по принципу бутерброда.
строение SMD конденсатора
Они используются в микроэлектронике, так как обладают крошечными размерами и удобны в плане промышленного производства с помощью роботов, которые автоматически расставляют SMD компоненты на плату.Такой тип конденсаторов вы без труда можете найти на платах своих мобильных телефонов, на материнских платах компьютеров, а также в современных гаджетах.
Схема подключения «звезда»
В случае если на клеммнике электродвигателя 6 выводов — следует их прозвонить по отдельности и определить, какие выводы связаны друг с другом. В паспорте мотора нужно найти назначение выводов. После этого схема переподключается, формируя привычный «треугольник».
С этой целью снимаются перемычки и контактам присваивают условные обозначения от A до F. Далее последовательно соединяются контакты: A и D, B и E, C и F.
Теперь контакты D, E и F станут соответственно нулевым, рабочим и фазовым проводом. Конденсатор присоединяют к ним точно так же, как в предыдущем случае.
При первом включении нужно внимательно следит за тем, чтобы обмотки не перегревались. В этом случае следует немедленно отключить устройство и определить причину перегрева.
Свойства и параметры конденсаторов
Главным параметром приборов этой категории является емкость (С). Она определяет накопительные свойства изделия. Принцип работы базируется на переходе электронов на соответствующую пластину при подключении источника питания. В зависимости от полярности на соответствующем электроде появляются положительные (отрицательные) заряды.
Величина емкости зависит от нескольких параметров:
- размеров пластин (площади обкладок);
- расстояния между ними;
- диэлектрических свойств материала в промежутке.
К сведению. Емкость указывают в кратных единицах. Пример: пФ или pF – это пикофарад (10-12 фарада).
Напряженность плоского конденсатора вычисляют по формуле:
где:
- q – заряд;
- e – диэлектрическая проницаемость;
- S – рабочая площадь.
Из этого выражения несложно сделать вывод о взаимном влиянии электрических и конструкционных параметров. Емкость определяют следующим образом:
где:
- d – расстояние между пластинами;
- U – напряжение.
Для удобства применяют удельный показатель:
где V – объем изделия.
По нему делают вывод о том, насколько эффективно выполняет основные функции конденсатор. При высокой удельной емкости разрядка занимает больше времени, если подключают аналогичную нагрузку.
Классом точности или процентным отклонением обозначают допуск от номинальной емкости (значения указаны ± в %):
Потребительские параметры диэлектрика характеризуют электрической прочностью. Как правило, на корпусе изделия указывают номинал напряжения в длительном рабочем режиме для определенных условий с учетом диапазонов:
- температуры;
- относительной влажности;
- давления.
В подробной документации указывают напряжение пробоя.
Индуктивность (собственная) изменяет напряженность поля конденсатора. Эта реактивная составляющая «помогает» изделию разрядиться быстрее или медленнее, по сравнению с расчетной скоростью процесса. Подобные паразитные воздействия искажают рабочие характеристики колебательного контура. Их надо учитывать при проектировании частотно зависимых цепей.
Потери оценивают по электрическому сопротивлению изоляционных слоев. Если соответствующим образом подключить мультиметр, можно уточнить действительный ток утечки. Этот параметр измеряют на протяжении определенного времени. Следует запомнить, что сопротивление зависит от температуры и влажности.
К сведению. Слюдяные конденсаторы будут разряжаться медленнее, по сравнению с бумажными в равных условиях, так как токи утечки отличаются на порядок.
Для комплексного сравнения разных деталей этой категории проверяют стабильность. Этот показатель характеризует постоянство рабочих параметров. Как правило, учитывают влияние температуры. Специализированный коэффициент (ТКЕ) показывает соответствующие изменения при увеличении (снижении) на 1°С.
Как разрядить конденсатор, чтобы минимизировать остаточное напряжение? Ответ на этот вопрос поможет получить изучение абсорбционных процессов в диэлектрическом слое. Соответствующие параметры характеризуют поправочным коэффициентом (Ка). Он увеличивается вместе с повышением температуры.
Преимущества и недостатки
Преимущества электролитических конденсаторов:
- Большая емкость;
- Компактность.
Недостатки:
- Со временем электролит высыхает, теряется емкость;
- Работает только на низких частотах;
- Ограничения по эксплуатационным условиям и риск вздутия/взрыва.
Разберём подробнее преимущества и недостатки электролитов.
Большая емкость
Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью, и это их отличительная и самая главная особенность среди остальных конденсаторов.
Емкость обозначается в микрофарадах (мкФ), поскольку электролиты с меньшими значениями не выпускают.
Они обычно выпускаются от нескольких мкФ, до нескольких Ф (1 000 000 мкФ).
Компактность
Благодаря химическим источникам, конденсаторы большой емкости намного компактнее, чем если бы их делали керамическими или пленочными.
Емкость конденсатора можно увеличить только за счет его обкладок, диэлектрика и геометрии. Поэтому электролиты лидируют по соотношению емкость/габариты.
Ионисторы
Разновидность электролитических конденсаторов — это ионисторы. Они обладают большей емкостью (например, 3000 Ф), и работают в основном как резервный или автономный низковольтный источник питания схемы. А также поддерживает схему в спящем режиме без другого источника.
Высыхание электролита
Основная проблема таких конденсаторов – это высыхание электролита. Обычно такая проблема проявляется из-за того, что техникой долго не пользуются или нарушаются условия эксплуатации (перегрев корпуса). Из-за этого электролит начинает высыхать, поэтому происходит потеря емкости.
Можно восстановить емкость конденсатора путем разбавления засохшего электролита дистиллированной водой (как аккумулятор), но это не выгодно. Лучше и надежнее всего заменить старый на новый, аналогичный по параметрам.
Работа на низких частотах
Это скорее особенность, чем недостаток. Большие емкости — это высокое реактивное сопротивление для высоких частот.
Поэтому, такие конденсаторы используются в низкочастотных цепях. Например, в блоках питания в качестве фильтров и сглаживания пульсаций.
Когда конденсатор вздувается и взрывается
Так как конденсаторы такого типа являются химическими источниками, то необходимо соблюдать полярность подключения.
Если вы подключите минус источника к плюсу конденсатора и плюс источника к минусу конденсатора, то сразу же начнется вскипание электролита. Такой эффект возникает из-за обратной химической реакции. Конденсатор может взорваться.
В старых конденсаторах типа К-50 корпус монолитный, и он взрывался громко и достаточно разрушительно.
В современных электролитах на корпусе есть небольшой надрез, который в случае вскипания электролита позволяет горячему пару выйти наружу.
Иногда они просто вдуваются без нарушения герметизации, а бывают и такие случаи, когда конденсатор полностью теряет герметичность.
На корпусах современных конденсаторов вертикальной чертой указывается минусовой контакт.
Внимательно устанавливайте и записывайте прежнее положение, ибо многие производители ставят свои обозначения.
Например, среди радиолюбителей обычно минусовые контакты рисуют в виде квадрата.
А производители печатных плат наоборот, рисуют квадратные контактные площадки под плюс конденсатора. И то, так делают не все.
Так как есть такая путаница среди и радиолюбителей и производителей, всегда обращайте на то. где указан плюсовой контакт. И записывайте прежнее положение детали, иначе это чревато взрывом.
Как подобрать конденсатор для двигателя
При выборе конденсатора на трехфазный двигатель важно помнить о том, что мощность в нем должна иметь десятки и сотни микрофарад
Но электролитические конденсаторы с такой целью выбирать не рекомендуется.
Для них понадобится однополярное подключение, а это потребует установки дополнительного оборудования.
Кроме того, данный вариант может привести к быстрому выходу двигателя из строя в связи с перегревом.
Так же необходимо уметь отличать рабочий конденсатор от пускового. Первый вариант работает на протяжении всего цикла действий двигателя, а второй только помогает ему запуститься.
Рабочий не стоит выбирать, так как его мощность вдвое меньше чем у пускового.
При правильно сделанном выборе конденсатора его рабочие показатели повысятся.
Кроме того, конденсатор, подходящий к двигателю позволит значительно продлить жизнь мотора.
Виды и классификация конденсаторов
Конденсаторы различных типов приспособлены к разным условиям работы, направлены на выполнение определенных задач и обладают различными побочными эффектами.
Основной признак, по которому классифицируют конденсатор, – это вид диэлектрика. Именно диэлектрический материал определяет многие характеристики конденсатора.
Электролитические конденсаторы
В электролитических конденсаторах анодом служит металлическая пластина, диэлектриком – оксидная пленка, а катодом – твердый, жидкий или гелеобразный электролит. Наличие гелеобразного электролита делает устройство полярным, то есть ток через него может протекать только в одном направлении. Представители этого семейства – алюминиевые и танталовые конденсаторы.
Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкость от 0,1 до нескольких тысяч мкФ. Обычно они применяются на звуковых частотах. Электрохимическая ячейка плотно упакована, что обеспечивает большую эффективную индуктивность, которая не позволяет использовать алюминиевые накопители на сверхвысоких частотах.
В танталовых конденсаторах катод изготавливается из диоксида марганца. Сочетание значительной площади поверхности анода и диэлектрических характеристик оксида тантала обеспечивает высокую удельную емкость (емкость в единице объема или массы диэлектрика). Это значит, что танталовые конденсаторы гораздо компактнее алюминиевых такой же емкости.
У танталовых конденсаторов есть свои недостатки. Устройства ранних поколений грешат отказами, возможны возгорания. Они могут произойти при подаче слишком высокого пускового тока, который меняет структурное состояние диэлектрика. Дело в том, что оксид тантала в аморфном состоянии является хорошим диэлектриком. При подаче большого пускового тока оксид тантала из аморфного состояния переходит в кристаллическое и превращается в проводник. Кристаллический оксид тантала еще больше увеличивает силу тока, что и приводит к возгоранию. Современные танталовые конденсаторы производятся по передовым технологиям и практически не дают отказов, не вздуваются, не возгораются.
Пленочные и металлопленочные конденсаторы
Пленочные конденсаторы имеют диэлектрический слой из полимерной пленки, расположенный между слоями металлофольги.
Такие устройства имеют небольшую емкость (от 100 пФ до нескольких мкФ), но могут работать при высоких напряжениях – до 1000 В.
Существует целое семейство пленочных конденсаторов, но для всех видов характерны небольшие емкость и индуктивность. Благодаря малой индуктивности, эти приборы используются в высокочастотных схемах.
Основные различия между конденсаторами с разными типами пленок:
Керамические конденсаторы
В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используются керамические пластины.
Керамические конденсаторы отличаются небольшой емкостью – от одного пФ до нескольких десятков мкФ.
Керамика имеет пьезоэлектрический эффект (способность диэлектрика поляризоваться под воздействием механических усилий), поэтому некоторые виды этих конденсаторов обладают микрофонным эффектом. Это нежелательное явление, при котором часть электроцепи воспринимает вибрации, как микрофон, что становится причиной помех.
Бумажные и металлобумажные конденсаторы
В качестве диэлектрика в этих конденсаторах используется бумага, часто промасленная. Устройства с промасленной бумагой отличаются большими размерами. Модели с непромасленной бумагой более компактны, но они имеют существенный недостаток – увеличивают энергопотери под воздействием влаги даже в герметичной упаковке. В последнее время эти детали используются редко.
Как проверить конденсатор
Иногда неисправность электролитического конденсатора выявляется без проверки — по вздутию или разрыву верхней крышки. Она намеренно ослаблена крестообразной просечкой и работает как предохранительный клапан, разрываясь при незначительном давлении. Без этого выделяющиеся из электролита газы разрывали бы корпус конденсатора с разбрызгиванием всего содержимого. Hо нарушения могут и не проявляться внешне. Bот какими они бывают: Из-за химических изменений снизилась емкость элемента. Hапример, конденсаторы с жидким электролитом высыхают, особенно при высокой температуре. Из-за этой особенности для них существуют ограничения по температуре эксплуатации (допустимый диапазон указан на корпусе). Произошел обрыв вывода.
Тест электролитических конденсаторов.
Появилась проводимость между обкладками (пробой). Собственно, она существует и в исправном состоянии — это так называемый ток утечки. Hо при пробое эта величина из мизерной превращается в значительную. Снизилось максимально допустимое напряжение (обратимый пробой). Для каждого конденсатора существует критическое напряжение, вызывающее замыкание между обкладками. Оно указывается на корпусе.
B случае снижения этого параметра элемент при проверке ведет себя, как исправный, потому что тестеры подают низкое напряжение, но в схеме — как пробитый. Самый примитивный способ проверки конденсатора — на искру. Элемент заряжают, затем замыкают выводы металлическим инструментом с изолированной ручкой.
Hа руки при этом желательно одеть резиновые перчатки. Исправный элемент разряжается с образованием искры и характерного треска, нерабочий — вяло и незаметно. У данного способа два недостатка:
- опасность электротравмы;
- неопределенность:
Даже при наличии искры невозможно понять, соответствует ли фактическая емкость радиодетали номинальной. Более информативна проверка с применением тестера. Лучше всего использовать специальный — LС-метр. Он предназначен для замера емкости, причем рассчитан на широкий диапазон. Hо многое о состоянии конденсатора расскажет и обычный мультиметр.
Советы перед сборкой оборудования
Конденсатор не должен иметь внешних повреждений: трещин, вздутия корпуса и потёков электролита. Полярность выводов должна быть определена правильно. Ориентироваться необходимо на маркировку полярности, наносимую на корпус непосредственно возле выводов. Знак полярности может быть отмечен на вертикальной полосе, по цвету отличной от расцветки корпуса.
Разогрев выводов при пайке должен быть кратковременным, во избежание перегрева детали.
Если на плате есть обозначенные места для установки элемента, то заштрихованная половинка окружности – место для пайки плюсового вывода.
Полярность, обозначенная на плате
