Можно ли ставить конденсатор большего напряжения: Поставить конденсатор большего напряжения

Содержание

Можно ли поставить конденсатор меньшей ёмкости?

И ещё одно важное условие – в вакууме. И не скоростью, а ускорением в данном случае. Да, в известной степени приближения это так. Давайте разбираться.

Итак, если два тела падают с одинаковой высоты в вакууме, то они упадут одновременно. Ещё Галилео Галилей в своё время опытным путём доказал, что тела падают на Землю (именно с большой буквы – мы говорим о планете) с одинаковым ускорением вне зависимости от их формы и массы. Легенда гласит, что он взял прозрачную трубку, поместил туда дробинку и перо, а вот воздух оттуда выкачал. И оказалось, что находясь в такой трубке, оба тела падали вниз одновременно. Дело в том, что каждое тело, находящееся в поле притяжения Земли, испытывает одно и то же ускорение (в среднем g~9.8 м/с²) свободного падения вне зависимости от его массы (на самом деле это не совсем так, но в первом приближении – да. На самом деле, в физике это не редкость – читаем до конца).

Если же падение происходит в воздушной среде, то кроме ускорения свободного падения возникает ещё одно; оно направлено противдвижения тела (если тело просто падает – то против направления свободного падения) и вызвано силой сопротивления воздуха. Сама сила зависит от кучи факторов (скорость и форма тела, например), а вот ускорение, которое придаст эта сила телу зависит уже от массы этого тела (второй закон Ньютона – F=ma, где a – ускорение). То есть, если условно, то “падают” тела с одним и тем же ускорением, но в разной степени “замедляются” под действием силы сопротивления среды. Иначе говоря, пенопластовый шарик будет активнее “тормозиться” о воздух коль скоро его масса меньше, чем у рядом летящего свинцового. В вакууме никакого сопротивления нет и оба шарика упадут примерно (с точностью до глубины вакуума и аккуратности проведения эксперимента) одновременно.

Ну и в заключении обещанная оговорка. В упомянутой выше трубке, такой же как у Галилея, даже в идеальных условиях дробинка упадёт на ничтожное количество наносекунд раньше опять же из за того, что её масса ничтожно (по сравнению с массой Земли) отличается от массы пера. Дело в том, что в Законе всемирного тяготения, описывающем силу попарного притяжения массивных тел, фигурируют ОБЕ массы. То есть для каждой пары таких тел результирующая сила (а значит и ускорение) будет зависеть от массы “падающего” тела. Однако, вклад дробинки в эту силу будет ничтожным, а значит и разница между значениями ускорений для дробинки и пера будет исчезающе мала. Если, например, вести речь о “падении” двух шаров в половину и в четверть массы Земли соответвтенно, то первый “упадёт” заметно раньше второго. Правда о “падении” тут говорить сложно – такая масса заметно сместит и саму Землю.

Кстати, когда дробинка или, скажем, камень падает на Землю, то, согласно всё тому же Закону всемирного тяготения, не только камень преодолевает расстояние до Земли, но и Земля в этот момент на ничтожно (исчезающе) малое расстояние приближается к камню. Без комментариев. Просто подумайте об этом перед сном.

Как увеличить вольтаж конденсатора — MOREREMONTA

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов применяют в зависимости от поставленной цели. При последовательном соединении конденсаторов уменьшается общая емкость и увеличивается общее напряжение конденсаторов.
Емкость набора при последовательном соединении конденсаторов будет вычисляться по формуле:

1 = 1 + 1 + 1 + .
C C1
C2
C3

А общее напряжение будет равняться сумме напряжений всех конденсаторов.
Например: мы имеем три конденсатора по 30 мкФ x 100 В каждый. При их последовательном соединении общий конденсатор будет иметь следующие данные: 10 мкФ x 300 В.

При параллельном соединении общая емкость конденсаторов складывается, а допустимое напряжение всего набора будет равно напряжению конденсатора, имеющего самое низкое значение допустимого напряжения из всего набора.

C = C1 + C2 + C3 + C4 + .

Например: мы имеем три конденсатора 30 мкФ x 100 В, соединённые параллельно. Параметры всего набора конденсаторов в этом случае будут следующие: 90 мкФ x 100 В.

Соединение более двух конденсаторов последовательно редко встречается в реальных схемах. Хотя для увеличения общего напряжения такой набор может встретиться в высоковольтных источниках питания. А вот в низковольтных источниках довольно часто встречается параллельное соединение нескольких конденсаторов для сглаживания пульсаций после выпрямления при больших токах потребления.

Обратите внимание, формулы вычисления емкости последовательного и параллельного соединения конденсаторов в точности обратны формулам вычисления сопротивления при последовательном и параллельном соединении резисторов.

Как правильно соединять конденсаторы?

У многих начинающих любителей электроники в процессе сборки самодельного устройства возникает вопрос: “Как правильно соединять конденсаторы?”

Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!

Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь два-три на 470 микрофарад. Ставить 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров и покупать недостающую деталь?

Как выйти из сложившейся ситуации? Можно соединить несколько конденсаторов и в результате получить необходимую нам ёмкость. В электронике существует два способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.

В реальности это выглядит так:


Параллельное соединение


Принципиальная схема параллельного соединения


Последовательное соединение


Принципиальная схема последовательного соединения

Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение. Но на практике вам вряд ли это пригодиться.

Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?

Помогут нам в этом несколько простых формул. Не сомневайтесь, если вы будете заниматься электроникой, то эти простые формулы рано или поздно вас выручат.

Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:

С1 – ёмкость первого;

С2 – ёмкость второго;

С3 – ёмкость третьего;

СN – ёмкость N-ого конденсатора;

Cобщ – суммарная ёмкость составного конденсатора.

Как видим, при параллельном соединении ёмкости нужно всего-навсего сложить!

Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если выполняем расчёты в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C1, C2 в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!

Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады, а нанофарад в микрофарады, необходимо знать сокращённую запись численных величин. Также в этом вам поможет таблица. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно производить пересчёт. Подробнее об этом читайте здесь.

Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:

Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Если их больше, то потребуется другая формула. Она более запутанная, да и на деле не всегда пригождается .

Или то же самое, но более понятно:

Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсаторы ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость будет меньше 5.

В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула волшебным образом упрощается и принимает вид:

Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C

1 – его ёмкость.

Стоит также запомнить простое правило:

При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из них.

Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате она составит 5 нанофарад.

Не будем пускать слов по ветру, а проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул.

Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.),а другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).


Замер ёмкости при последовательном соединении

Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)

А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения. Проверим результат с помощью того же тестера (см. фото).


Измерение ёмкости при параллельном соединении

Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).

Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединять конденсаторы?

Во-первых, не стоит забывать, что есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.

При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально их ёмкостям. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое имеет конденсатор, взамен которого мы ставим составной.

Если же используются конденсаторы с одинаковой ёмкостью, то напряжение между ними разделится поровну.

Для электролитических конденсаторов.

При соединении электролитических конденсаторов (электролитов) строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении всегда подключайте минусовой вывод одного конденсатора к минусовому выводу другого,а плюсовой вывод с плюсовым.


Параллельное соединение электролитов


Схема параллельного соединения

В последовательном соединении электролитов ситуация обратная. Необходимо подключать плюсовой вывод к минусовому. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.


Последовательное соединение электролитов


Схема последовательного соединения

Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор. То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт. Если хоть один из них будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.

Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше всего будет, если они взяты из одной партии, так как в таком случае разброс параметров у них будет небольшой.

Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости при смешанном соединении обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике или сдаёт экзамены 🙂

Тем же, кто не на шутку увлёкся электроникой непременно надо знать, как правильно соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление!

Если нужно срочно отремонтировать технику, а нужного конденсатора нет, то можно увеличить емкость конденсатора, как известно из школьной программы, соединив несколько приборов в одну цепь.

Такая проблема может также возникнуть, если, например, нужного номинала нет в продаже, то есть для нестандартных подключений, например, в радиотехнических опытах.

Электрическая емкость

При соединении приборов для конденсации заряда, как правило, техника интересует электрическая емкость, которая получится в итоге.

Электроемкость показывает способность двухполюсника накапливать в себе заряд и измеряется в фарадах. Может показаться, что чем выше это значение, тем лучше, но на практике не существует возможности создать все возможные на свете емкости, более того, часто это и не нужно, так как во всех приборах, использующихся повседневно, применяются стандартные приборы для конденсации.

Можно соединить несколько приборов для конденсации в цепь, создав одну конденсирующую емкость, при этом значение характерной величины будет зависеть от типа подключения, и для его расчета есть давно известные формулы.

Параллельное соединение

Существует два типа подключения приборов в цепь: последовательное и параллельное. Каждый из них обладает своими свойствами, но, как правило, используется параллельное соединение конденсаторов.

Параллельное соединение обладает такими свойствами:

  1. Емкость составного двухполюсника увеличивается по сравнению с каждым отдельным прибором.
  2. Напряжение в сети не изменяется.

Соединить конденсаторы для увеличения емкости, как показывают свойства, лучше этим способом. Для этого нужно соединить выводы с каждого двухполюсника по группам: у каждого из них два вывода. Нужно создать две группы: в одну соединить все конденсаторы с одного вывода, а во вторую с оставшегося.

При таком соединении приборы для конденсации образуют одну емкость, поэтому верна такая формула: С=С1+С2+…СN, где N — количество конденсаторов в цепи.

Например, если имеются номинальные значения 50мкф, 100мкф и 150мкф, то при последовательном подключении общее значение в цепи будет 300мкф.

В жизни это подключение используют довольно часто, например, если при расчетах оказалось, что требуется такой двухполюсник, которого в продаже точно не найти. С помощью этого способа можно варьировать емкость конденсатора так, как это потребуется, при этом не изменяя напряжение в сети.

Последовательное включение конденсаторов

Свойства последовательного включения конденсаторов:

  1. Емкость последовательно соединенных приборов для конденсации заряда в отличие от емкости параллельно соединенных конденсаторов уменьшается.
  2. Напряжение на приборах растет.

Для такого подключения нужно просто соединять выводы двухполюсников один с другим, образуя цепочку: вывод первого будет соединен с выводом второго, оставшийся вывод второго с выводом третьего и так далее.

Формула подключения: 1/(1/С1+1/С2+…+1/СN), где N — это количество приборов в соединении.

Например, есть три конденсатора по 100мкф. 1/100+1/100+1/100=0,03мкф. 1/0,03=33мкф.

Заряды распределятся с чередующимся знаком, а емкостное значение будет ограничено только им же для самого слабого звена в цепи. Как только он получит свой заряд, передача тока в цепи прекратится.

Для чего тогда нужен подобный способ подключения? Такая цепь более устойчива и может выдержать большее напряжение при подключении в схему при меньшем емкостном номинале конденсатора. Однако в продаже имеются приборы, которые и без того обладают нужными свойствами, поэтому-то такое подключение в жизни практически не используется, а если используется, то для специфических задач.

Смешанный способ

Сочетает в себе параллельное и последовательное подключения.

При этом для участков с последовательным соединением характерны свойства последовательного соединения, а для участков с параллельным — свойства параллельного.

Оно используется, когда ни электроемкость, ни номинальное напряжение приборов, имеющихся в продаже, не подходят для задачи. Обычно такая проблема возникает в радиотехнике.

Чтобы определить общее значение электроемкости, нужно будет сначала определить это же значение для параллельно соединенных двухполюсников, а потом для их последовательного соединения.

Сравнение различных вариантов

Емкость Напряжение
Параллельное Увеличивается Не изменяется
Последовательное Уменьшается Увеличивается
Смешанное Изменяется Увеличивается

Для выбора соединения можно воспользоваться такой таблицей. Слева тип соединения приборов, сверху свойства прибора для конденсации заряда.

Если требуется увеличить емкость, то нужно использовать параллельное соединение, а если увеличить напряжение — то последовательное. Если же требуется и то, и то, то нужно будет рассчитывать смешанное подключение конденсаторов в цепь.

Как заменить электролитический конденсатор на материнской плате. Как самому перепаять конденсаторы. Электролитические конденсаторы блока питания и ESR

Статьи мы с вами начали знакомиться с искусством врачевания компьютерных блоков питания. Продолжим же это увлекательно дело и посмотрим внимательно на высоковольтную их часть.

Проверка высоковольтной части блока питания

После осмотра платы и восстановления паек следует проверить мультиметром (в режиме измерения сопротивления) предохранитель.

Надеюсь, вы хорошо уяснили и запомнили правила техники безопасности , изложенные ранее!

Если он перегорел, то это свидетельствует, как правило, о неисправностях в высоковольтной части.

Чаще всего неисправность предохранителя видна (если стеклянный) визуально: он внутри «грязный» («грязь» — это испарившаяся свинцовая нить).

Иногда стеклянная трубка разлетается на куски.

В этом случае надо проверить (тем же тестером) исправность высоковольтных диодов, силовых ключевых транзисторов и силового транзистора источника дежурного напряжения. Силовые транзисторы высоковольтной части находятся, как правило, на общем радиаторе.

При сгоревшем предохранителе нередко выводы коллектор-эмиттер «звонятся» накоротко, и удостовериться в этом можно и не выпаивая транзистор. С полевыми же транзисторами дело обстоит несколько сложнее.

Как проверять полевые и биполярные транзисторы, можно почитать и .

Высоковольтная часть находится в той части платы, где расположены высоковольтные конденсаторы (они больше по объему, чем низковольтные). На этих конденсаторах указывается их емкость (330 – 820 мкФ) и рабочее напряжение (200 – 400 В).

Пусть вас не удивляет, что рабочее напряжение может быть равным 200 В. В большинстве схем эти конденсаторы включены последовательно, так что их общее рабочее напряжение будет равным 400 В. Но существуют и схемы с одним конденсатором на рабочее напряжение 400 В (или даже больше).

Нередко бывает, что вместе с силовыми элементами выходят из строя электролитические конденсаторы – как низковольтные, так и высоковольтные (высоковольтные – реже).

В большинстве случаев это видно явно – конденсаторы вздуваются, верхняя крышка их лопается.

В наиболее тяжелых случаях из них вытекает электролит. Лопается она не просто так, а по местам, где ее толщина меньше.

Это сделано специально, чтобы обойтись «малой кровью». Раньше так не делали, и конденсатор при взрыве разбрасывал свои внутренности далеко вокруг. А монолитной алюминиевой оболочкой можно было и сильно в лоб получить.

Все такие конденсаторы надо заменить аналогичными. Следы электролита на плате следует тщательно удалить.

Электролитические конденсаторы блока питания и ESR

Напоминаем, что в блоках питания используются специальные низковольтные конденсаторы с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением, ЭПС).

Подобные устанавливают и на материнских платах компьютеров.

Узнать их можно по маркировке.

Например, конденсатор с низким ESR фирмы «СapXon» имеет маркировку «LZ». У «обычного» конденсатора букв LZ нет. Каждой фирмой выпускается большое количество различных типов конденсаторов. Точное значение ESR конкретного типа конденсатора можно узнать на сайте фирмы-производителя.

Производители блоков питания часто экономят на конденсаторах, ставя обычные, у которых ЭПС выше (и стоят они дешевле). Иногда даже пишут на корпусах конденсаторов «Low ESR» (низкое ЭПС).

Это обман, и такие лучше конденсаторы лучше сразу заменить .

В наиболее тяжелом режиме работают конденсаторы фильтра по шинам +3,3 В, +5 В, +12 В, так как по ним циркулируют большие токи.

Встречаются еще «подлые» случаи, когда со временем подсыхает конденсаторы небольшой емкости в источнике дежурного напряжения. При этом их емкость падает, а ESR растет.

Или емкость падает незначительно, а ESR растет сильно. При этом никаких внешних изменений формы может и не быть, так как их габариты и емкость невелики.

Это может привести к тому, что изменится величина напряжения дежурного источника. Если оно будет меньше нормы, основной инвертор блока питания вообще не включится.

Если оно будет больше, компьютер будет сбоить и «подвисать», так как часть компонентов материнской платы находится под именно этим напряжением.

Емкость можно измерить .

Впрочем, большинство тестеров может измерять емкости только до 20 мкФ, чего явно недостаточно .

Отметим, что ESR измерить штатным тестером невозможно.

Нужен специальный измеритель ESR!

У конденсаторов большой емкости ESR может иметь величину десятых и сотых долей Ома, у конденсаторов малой емкости – десятых долей или единиц Ом.

Если оно больше – такой конденсатор необходимо заменить.

Если такого измерителя нет, «подозрительный» конденсатор необходимо заменить новым (или заведомо исправным).

Отсюда мораль – не оставлять включенным источник дежурного напряжения в блоке питания. Чем меньшее время он будет работать, тем дольше будут подсыхать конденсаторы в нем.

Необходимо после окончания работы либо снимать напряжение выключателем фильтра, либо вынимать вилку кабеля питания из сетевой розетки.

В заключение скажем еще несколько слов

Об элементах высоковольтной части блока питания

В недорогих небольшой мощности (до 400 Вт) в качестве ключевых часто применяют силовые биполярные транзисторы 13007 или 13009 с токами коллектора соответственно 8 и 12 А и напряжением между эмиттером и коллектором 400 В.

В источнике дежурного напряжения может быть использован силовой полевой транзистор 2N60 с током стока 2А и напряжением сток-исток 600 В.

Впрочем, в качестве ключевых могут быть использованы полевые транзисторы, а в источнике дежурного режима – биполярный.

При отсутствии необходимых транзисторов их можно заменить аналогами.

Аналоги биполярных транзисторов должны иметь рабочее напряжение между эмиттером и коллектором и ток коллектора не ниже, чем у заменяемых.

Аналоги полевых транзисторов должны иметь рабочее напряжение сток-исток и ток стока не ниже, чем у заменяемого, а сопротивление открытого канала «сток-исток» не выше , чем у заменяемого.

Внимательный читатель может спросить: «А почему это сопротивление канала должно быть не выше? Ведь чем больше значения параметров, тем, как бы, лучше?»

Отвечаю – при одном и том же рабочем токе на канале с бОльшим сопротивлением будет, в соответствии с законом Джоуля-Ленца, рассеиваться бОльшая мощность. И, значит, он (т.е. и весь транзистор) будет сильнее греться.

Лишний нагрев нам ни к чему!

У нас блок питания, а не отопительный радиатор!

На этом, друзья, мы сегодня закончим. Нам осталось еще ознакомиться с лечением низковольтной части, чем мы займемся в следующей статье.

До встречи на блоге!

Для создания еще одного рабочего места потребовался восстановительный ремонт материнской платы компьютера с поврежденными электролитическими конденсаторами питания процессора. В принципе плата рабочая, но при внутреннем и внешнем перегреве стабильно зависала с характерным слабым химическим запахом электролита конденсаторов. Подтеки электролита хорошо просматривались на треснувших колпачках конденсаторов. Хоть я и дружу с паяльником приступал к ремонту не с полной уверенностью успеха, так как был опыт неудачного восстановления своими руками системной платы с процессором PIII. Неудача возникла прямо на старте — не удалось извлечь электролитические конденсаторы. Мне показалось, что они были просто запрессованы ножками в плату, даже при помощи стоваттного паяльника уже обломанные ножки не извлекались. Но глаза боятся, а руки делают — требовалось заменить 5 конденсаторов номиналом 3300 мкФ на 6,3В. В радиомагазине купил единственные предложенные компьютерные электролиты такого же номинала. Если есть выбор НЕ ПОКУПАЙТЕ конденсаторы с маркировкой GSC, это самые ненадежные конденсаторы. И конечно конденсаторы должны иметь еще маркировку по теплостойкости, например LOW ESR и/или указана рабочая температура 105°С. Размер купленных конденсаторов был несколько крупнее, но габариты платы позволяли их установить. Итак последовательность моих действий.

Как отремонтировать материнскую плату своими руками

1. Если есть возможность снимите с платы все мешающие элементы — память, радиатор процессора. Пользуясь случаем прочистите все закоулки от пыли при помощи кисточки и пылесоса. Перед началом работ желательно одеть одежду из натуральных тканей во избежание образования статики и повреждения платы уже статическим электричеством.

2. Для извлечения конденсаторов потребуется паяльник мощностью 50-60 Вт. Жало паяльника должно быть тонким на конце и хорошо залуженным для быстрого передачи тепла в зону касания.

3. Порядок извлечения конденсаторов следующий. Хорошо разогретым паяльником снизу платы касаемся места припайки ножки конденсатора, расплавляем припой и второй рукой небольшими усилиями пытаемся наклонить конденсатор в сторону второй ножки, в какой-no момент разогрева конденсатор должен поддаться и наклониться с извлечением выпаянной ножки. На всю операцию отводится не больше 5-7 секунд. Далее извлекаем так же вторую ножку. Если это делается впервые, то лучше потренироваться на сломанной плате или компьютерном блоке питания. Здесь опасности две: первая — это при чрезмерном усилии ножка оборвется и вторая — при перегреве может быть повреждена печатная плата, а при ее многослойной конструкции ремонт будет практически не возможен. Трудности обусловлены как мне кажется отводом тепла из зоны пайки многочисленными медными дорожками многослойной конструкции платы. Всегда при работе с компьютерными платами лучше перед самой пайкой временно отключить паяльник от сети, также в целях защиты от статики.

4. Так последовательно извлекаем все поврежденные конденсаторы. Но припаивать сразу новые пока рано.

Новые конденсаторы

Извлечение наклоном

5. Для облегчения установки новых конденсаторов сделаем приспособление из швейной иголки и ручки от зубной щетки. Подбираем швейную иглу диаметром чуть больше диаметра ножки нового конденсатора. При помощи зажигалки прогреваем иглу в 20-30мм от острого кончика до красна и остужаем на воздухе. Это позволит нам откусить кусачками кончик иглы без повреждения кусачек. Еще раз прогреваем иглу в месте среза и быстро загоняем нагретый конец в пластмассовую ручку. Игла должна прочно держаться в ручке.

6. Паяльником разогреваем крепежное отверстие, вставляем иглу и вращательно поступательными движениями расширяем отверстие до нужного диаметра. Так обрабатываем все отверстия. Качество работы еще раз проверяем на просвет.

7. Теперь требуется подготовить ножки конденсаторов к монтажу. Я рекомендую это сделать так: последовательно по кругу слегка прикусывать кусачками ножку до образования правильного круглого и аккуратного среза. Такая подготовка только облегчит последующий монтаж.

Уважаемые гости, в этой статье мы будем производить замену вздутых конденсаторов на материнской плате своими руками. Хотел бы сразу сказать, что замена конденсаторов своими руками требует знаний и умений пользования таким инструментом как пояльник. В данном случае я использовал простой советский паяльник. Если у вас такго опыта нет, то я не рекомендую браться вам за такую работу. Про замену конденсаторов на блоке питания читаем .

Обычно конденсаторы на материнской плате начинают выходить из строя через 3-4 года пользования компьютером. Это как правило явление нормальное, и все это можно решить, путем замены их на новые.

Как определить, что конденсаторы на материнской плате вздулись, какие признаки? Все сейчас разберем подробней.

Признаки неисправности конденсаторов в материнской плате

1. При включении компьютер включается, потом выключается. После 3-4 раза включения он включается нормально, и грузится операционная система. После этого он работает без проблем, но только стоит его выключить и включить на следующий день, проблема опять повторяется. Эти признаки говорят о том, что возможно у вас высохли и вздулись конденсаторы на плате.

2. Компьютер просто не включается. Возможно этой причиной могут быть также конденсаторы, или проблема с блоком питания. Как проверить блок питания , читаем .

3. При включении или работе компьютера часто появляется синий экран . Это также может быть причиной вздутия и неисправностей конденсаторов на материнской плате. Как правило это первичные признаки, когда конденсаторы только начинают вздуваться.

4. Откройте боковую крышку системного блока и внимательно осмотрите материнскую плату. Как правило визуально можно определить, что конденсаторы на материнской плате вздулись и требуют замены. Пример на картинке.

На рисунке в приближенном виде видно, что 2 конденсатора на материнской плате вздулись и требуют замены. Необходимо осматривать материнскую плату внимательно, т.к. неопытному человеку в этом деле не всегда с первого раза можно выявить неисправный конденсатор. После этого, нам необходимо найти новые конденсаторы на замену. Обычно их можно взять со старой материнской платы или купить в радиодеталях, они не дорогие. Выпаиваете старые конденсаторы, смотрите номинал и покупаете новые, можете взять с собой старые, чтобы показать продавцу (по вольтажу можно брать и больше, но не меньше). На своем примере это 6,3 вольт 1500 мкф . На замену я использовал 16 вольт 1500 мкф .

Если у вас или у ваших друзей есть старая материнская плата, можете выпаять их с нее. Все, у нас все готово, после этого начинаем замену конденсаторов на материнской плате своими руками. Как я уже писал выше, замена конденсаторов на материнской плате своими руками требует определенных умений работы с паяльником, если вы готовы, приступим.

При замене конденсаторов нам потребуется следующий инструмент:

  • Паяльник;
  • Канифоль;
  • Припой;
  • Зубочистки;
  • Бензин очищенный (для удаления канифоли с платы).

В идеале, для выпаивания таких деталей нужно использовать оловоотсос, ну или паяльный фен. Поскольку у меня дома есть только паяльник, то пришлось выпаивать им, поочередно нагревая ножки конденсатора и вытаскивая его. Вывод: простым паяльником это делать крайне неудобно.

После того как мы извлекли старый конденсатор и приготовили ему замену, нужно прочистить отверстия для конденсатора, иначе старый припой не даст его нормально вставить. С оловотсосом можно было бы справиться за пару секунд, но мне пришлось повозиться и использовать зубочистки. Аккуратно вставляем их в отверстия и нагреваем паяльником с обратной стороны, чтобы вытолкнуть весь лишний припой. Еще раз повторюсь, что это нужно делать аккуратно, так как плата многослойная и можно повредить дорожки внутри платы

После прочистки отверстий вставляем конденсатор на место, обязательно соблюдая полярность . Обычно, на материнской плате есть обозначения установки конденсаторов (закрашенная сторона это — минус « «), но лучше всего запомнить как был установлен старый. На самих конденсаторах также есть обозначения ввиде полосы со знаком » «.

Запаиваем с обратной стороны. Фото самого процесса у меня нет, так как я не смог паять и одновременно фотографировать. Зато есть фото конечного результата)

Не забываем очистить плату от флюса или канифоли.

Ну вот и все, на этом мой ремонт закончился. Главное не бояться и аккуратно пробовать паять своими руками. Должен заметить, это очень увлекательный процесс.

На всякий случай, даю вам видео, где вы также можете посмотреть, как происходит процесс замены конденсаторов на материнской плате своими руками.

Вздутие конденсатора (вздутие электролита, cracked capacitor -eng.) — распространённое явление, возникающее по многим причинам, которое влечёт за собой его замену самого конденсатора и обследование окружающих цепей.

Причины вздутия конденсаторов.

Причины могут быть разнообразными, но основная — не качественный . Нет, это не говорит о том что качественные конденсаторы не вздуваются, совсем нет, ещё как вздуваются. Но давайте разберёмся с основной причиной вздутия.

Основная причина вздутия — выкипание или испарение электролита. Выкипание может происходить при высоких температурах . Стоит заметить, что это может быть как внешняя среда, которая подогревает конденсатор, так и внутренняя среда. Сам конденсатор может греться из-за несоблюдения полярности, некачественного питания, импульсов поступающих на него, пробивания изоляционного слоя, или из-за нехватки электролита (чаще всего). Также он может греться из-за не соблюдения эксплуатационных характеристик (V , ёмкость , макс. температура ).

Испарение электролита может происходить, если конденсатор имеет плохую герметичность . Со временем, уровень электролита уменьшится, а оставшийся закипает, вызвав вздутие конденсатора.

В некачественных конденсаторах, иногда происходит такое явление, что не происходит вздутие конденсатора, а электролит просто вытекает через его нижнюю часть (жидкость коричневого или жёлтого цвета). Такой конденсатор тем более подлежит замене, можно считать что он уже не работает. Если на верхней части конденсатора есть следы коррозии , значит часть электролита просочилась через верхнюю часть, а значит она не герметична. Такие «ржавые конденсаторы » тоже лучше заменить.

Бытует мнение, что вздутие — удел только электролитических конденсаторов, но это не так.

Полимерные конденсаторы тоже вздуваются и раскрываются.

Естественно вздутые конденсаторы подлежат срочной замене. Если устройство со «вздутиками» всё ещё работает, это не значит, что всё в порядке. Могут появиться сбои в работе и «странное» поведение оборудования.

Замена вздутого конденсатора.

Потребуется конденсатор с такой же ёмкостью или больше, но не меньше. То же самое касается напряжения. В любом случае, если конденсатор вздулся, лучше поставить более мощный на его замену.

Паяльником отпаиваем ножки предыдущего конденсатора, лучше взять мощный паяльник. Иголкой или тонким шилом прочищаем дырочки под контакты. Вставляем конденсатор и припаиваем с тыльной стороны. Стоит заметить что нужно соблюдать полярность , если она есть. На самой плате будет обозначение «минус», так вот конденсатор должен быть тоже помечен с одной из сторон минусом (обычно полоска). При несоблюдении полярности можно сымитировать небольшой взрыв . Даём остыть и отрезаем лишнее.

Как избежать вздутия конденсаторов.

Чтобы избежать вздутия конденсаторов:
  • Используйте качественные конденсаторы.
  • Не позволяйте конденсаторам нагревать до температуры более 45 градусов (следите за температурой окружающей их среды). Разместите их подальше от горячих радиаторов.
  • Используйте качественные входные, (если конденсаторы вздуваются в блоках питания компьютера).
  • Используйте качественные блоки питания (если конденсаторы вздуваются на материнской плате компьютера).

Соблюдение этих простых правил, убережёт вас от преждевременного выхода из строя конденсаторов.

Не секрет, что материнская плата один из ключевых элементов компьютера. Именно она объединяет все компоненты системы в единое целое. Её выход из строя всегда доставляет массу неприятностей. Хорошо, если обойдется только заменой самой платы, но если она устарела, то, зачастую, приходится менять добрую половину комплектующих (процессор, кулер, оперативная память и т.д).

Поэтому многие пользователи в первую очередь хотят попробовать отремонтировать старую материнскую плату, чтобы избежать лишних затрат.

Одной из частых причин поломок материнских плат — «вздутие» конденсаторов. Конденсаторы могут выйти из строя из за перепадов питания, высокой температуры, ну и просто от старости.

Достаточно теории, пора переходить к практике.

Я использовал следующие инструменты:

  • Паяльник;
  • Канифоль;
  • Припой;
  • Зубочистки;
  • Бензин очищенный (для удаления канифоли с платы).

Определить вздутые конденсаторы достаточно просто, если внимательно посмотреть на плату. На них могут быть следы вытекшего электролита, а также они могут выгнуться сверху или снизу, что также будет хорошо заметно.

Вот так выглядит вспухший кондер.

Первым делом, нужно найти новые запчасти подходящего номинала. Внимательно смотрим на маркировку. В моем случае это 6,3 вольт 1500 мкф . На замену я использовал 16 вольт 1500 мкф . Можно брать конденсаторы большей емкости и большего напряжения, но нужно учитывать, что, чем больше напряжение и емкость, тем больше его размеры (может просто не влезть на то же место).

Поскольку, был вечер и магазины не работали, пришлось выпаять нужный конденсатор из нерабочей материнской платы.

В идеале, для выпаивания таких деталей нужно использовать оловоотсос, ну или паяльный фен. Поскольку у меня дома есть только паяльник, то пришлось выпаивать им, поочередно нагревая ножки конденсатора и вытаскивая его. Вывод: простым паяльником это делать крайне неудобно.

После того как мы извлекли старый конденсатор и приготовили ему замену, нужно прочистить отверстия для конденсатора, иначе старый припой не даст его нормально вставить. С оловотсосом можно было бы справиться за пару секунд, но мне пришлось повозиться и использовать зубочистки. Аккуратно вставляем их в отверстия и нагреваем паяльником с обратной стороны, чтобы вытолкнуть весь лишний припой. Еще раз повторюсь, что это нужно делать аккуратно, так как плата многослойная и можно повредить дорожки внутри платы.

Осталось самое приятное.

После прочистки отверстий вставляем конденсатор на место, обязательно соблюдая полярность . Обычно, на материнской плате есть обозначения установки конденсаторов (закрашенная сторона это — минус « «), но лучше всего запомнить как был установлен старый. На самих конденсаторах также есть обозначения ввиде полосы со знаком » «.

Запаиваем с обратной стороны. Фото самого процесса у меня нет, так как я не смог паять и одновременно фотографировать. Зато есть фото конечного результата)

Не забываем очистить плату от флюса или канифоли.

Ну вот и все, на этом мой ремонт закончился. Главное не бояться и аккуратно пробовать паять своими руками. Должен заметить, это очень увлекательный процесс.

Если у кого-то есть вопросы или дополнения, то пишите их в комментариях.

Как суммируются емкости конденсаторов — Infutec.ru

Соединение конденсаторов

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рисунок 2.).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока. Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов.

Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последо­вательным (рисунок 3).

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении все конденса­торы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заря­жаются через влияние. При этом заряд пла­стины 2 будет равен по величине и противо­положен по знаку за­ряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пла­стины 2 и т. д.

Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот.

Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы.

Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряже­ния, существующего на всей группе конденсаторов. Напря­жение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость. А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединен­ных последовательно, меньше емкости самого малого конден­сатора в группе.

Для вычисления общей емкости при последовательном со­единении конденсаторов удобнее всего пользоваться следую­щей формулой:

Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением конденсаторов называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

Подробнее о расчетах соединения конденсаторов можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Подбор при замене

Практически ни одно электронное устройство не обходится без конденсатора. Он может стоять на входе или выходе устройства, перед или после некоторых элементов. Применяется последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Как и для чего их подключать тем или иным способом и будем обсуждать.

Что такое конденсатор и его основные характеристики

Конденсатор — это радиодеталь, которая работает как накопитель электрической энергии. Чтобы понятнее было, как он работает, его можно представить как своего рода небольшой аккумулятор. Обозначается двумя параллельными чёрточками.

Обозначения различных типов конденсаторов на схемах. Чаще всего из строя выходят электролитические конденсаторы, так что стоит запомнить их обозначение

Основная характеристика конденсатора любого типа — ёмкость. Это то количество заряда, которое он в состоянии накопить. Измеряется в Фарадах (сокращенно просто буква F или Ф), а вернее, в более «мелких» единицах:

  • микрофарадах — мкФ это 10 -6 фарада,
  • нанофарадах — нФ это 10 -9 фарада;
  • пикофарадах — пФ это 10 -12 фарада.

Вторая важная характеристика — номинальное напряжение. Это то напряжение, при котором гарантирована длительная безотказная работа. Например, 4700 мкФ 35 В, где 35 В — это номинальное напряжение 35 вольт.

У крупных по размеру конденсаторов, ёмкость и напряжение указаны на корпусе

Нельзя ставить конденсатор в цепь с более высоким напряжением чем то, которое на нём указано. В противном случае он быстро выйдет из строя.

Можно использовать конденсаторы на 50 вольт вместо конденсаторов на 25 вольт. Но это порой нецелесообразно, так как те, которые рассчитаны на более высокое напряжение, дороже, да и габариты у них больше.

Что он из себя представляет и как работает

В самом простейшем случае конденсатор состоит из двух токопроводящих пластин (обкладок), разделённых слоем диэлектрика.

Между обкладками находится слой диэлектрика — материала плохо проводящего электрический ток

На пластины подаётся постоянный или переменный ток. Вначале, пока энергия накапливается, потребление энергии конденсатором высокое. По мере «наполнения» ёмкости оно снижается. Когда заряд набран полностью, токопотребления вообще нет, источник питания как бы отключается. В это время конденсатор сам начинает отдавать накопленный заряд. То есть, он на время становится своеобразным источником питания. Поэтому его и сравнивают с аккумулятором.

Где и для чего используются

Как уже говорили, сложно найти схему без конденсаторов. Их применяют для решения самых разных задач:

  • Для сглаживания скачков сетевого напряжения. В таком случае их ставят на входе устройств, перед микросхемами, которые требовательны к параметрам питания.
  • Для стабилизации выходного напряжения блоков питания. В таком случае надо искать их перед выходом.

Часто можно увидеть электролитические цилиндрические конденсаторы

Конденсаторы встречаются часто и область их применения широка. Но надо знать как правильно их подключить.

Как подключать конденсаторы

В электротехнике есть два основных вида соединения деталей — параллельное и последовательное. Конденсаторы также можно подключать по любому из указанных способов. Есть ещё особая — мостовая схема. Она имеет собственную область использования.

В схеме может быть последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Параллельное подключение конденсаторов

При параллельном соединении все конденсаторы объединены двумя узлами. Чтобы параллельно подключить конденсаторы, скручиваем попарно их ножки, обжимаем пассатижами, потом пропаиваем. У некоторых конденсаторов большие корпуса (банки), а выводы маленькие. В таком случае используем провода (как на рисунке ниже).

Так физически выглядит параллельное подключение конденсаторов

Если конденсаторы электролитические, следите за полярностью. На них должны стоять «+» или «-«. При их параллельном подключении соединяем одноимённые выводы — плюс к плюсу, минус — к минусу.

Расчёт суммарной ёмкости

При параллельном подключении конденсаторов их номинальная ёмкость складывается. Просто суммируете номиналы всех подключённых элементов, сколько бы их ни было. Два, три, пять, тридцать. Просто складываем. Но следите, чтобы размерность совпадала. Например, складывать будем в микрофарадах. Значит, все значения переводим в микрофарады и только после этого суммируем.

Расчёт ёмкости при параллельном подключении конденсаторов

Когда на практике применяют параллельное соединение конденсаторов? Например, тогда, когда надо заменить «пересохший» или сгоревший, а нужного номинала нет и бежать в магазин некогда или нет возможности. В таком случае подбираем из имеющихся в наличии. В сумме они должны дать требуемое значение. Все их проверяем на работоспособность и соединяем по приведенному выше принципу.

Пример расчёта

Например, включили параллельно два конденсатора — 8 мкФ и 12 мкФ. Следуя формуле, их номиналы просто складываем. Получаем 8 мкФ + 12 мкФ = 20 мкФ. Это и будет суммарная ёмкость в данном случае.

Пример расчёта конденсаторов при параллельном подключении

Последовательное соединение

Последовательным называется соединение, когда выход одного элемента соединяется со входом другого. Сравнить можно с вагонами или цепочкой из лампочек. По такому же принципу последовательно соединяют и конденсаторы.

Вот что значит последовательно соединить конденсаторы

При подключении полярных электролитических «кондеров» надо следить за соблюдением полярности. Плюс первого конденсатора подаете на минус второго и так далее. Выстраиваете цепочку.

Существуют неполярные (биполярные) электролитические конденсаторы. При их соединении нет необходимости соблюдать полярность.

Как определить ёмкость последовательно соединенных конденсаторов

При последовательном соединении конденсаторов суммарная ёмкость элементов будет меньше самого маленького номинала в цепочке. То есть, ёмкость последовательно соединённых конденсаторов уменьшается. Это также может пригодиться при ремонте техники — замена конденсатора требуется часто.

Последовательно соединённые конденсаторы

Использовать формулу расчёта приведённую выше не очень удобно, поэтому её обычно используют в преобразованном виде:

Формула расчёта ёмкости при последовательном соединении

Это формула для двух элементов. При увеличении их количества она становится значительно сложнее. Хотя, редко можно встретить больше двух последовательных конденсаторов.

Пример расчёта

Какая суммарная ёмкость будет если конденсаторы на 12 мкФ и 8 мкФ соединить последовательно? Считаем: 12*8 / (12+8) = 96 / 20 = 4,8 мкФ. То есть, такая цепочка соответствует номиналу 4,8 мкФ.

Пример расчета ёмкости при последовательном подключении конденсаторов

Как видите, значение меньше чем самый маленький номинал в последовательности. А если подключить таким образом два одинаковых конденсатора, то результат будет вполовину меньше номинала. Например, рассчитаем для двух ёмкостей по 12 мкФ. Получим: 12*12 / (12 + 12) = 144 / 24 = 6 мкФ. Проверим для 8 мкФ. Считаем: 8*8 / (8+8) = 64 / 16 = 4 мкФ. Закономерность подтвердилась. Это правило можно использовать при подборе номинала.

Почему электролитические конденсаторы выходят из строя и что делать

Зачастую, чтобы отремонтировать вышедшую из строя электронную технику, достаточно найти и заменить вздувшиеся конденсаторы. Дело в том, что срок жизни их небольшой — 1000-2000 тысячи рабочих часов. Потом он обычно выходит из строя и требуется его замена. И это при нормальном напряжении не выше номинального. Так происходит потому, что диэлектрик в конденсаторах, чаще всего, жидкий. Жидкость понемногу испаряется, меняются параметры и, рано или поздно, конденсатор вздувается.

Электролитические конденсаторы имеют специальные насечки на верхушке корпуса, чтобы при выходе из строя избежать взрыва

Высыхает электролит не только во время работы. Даже просто «от времени». Это конструктивная особенность электролитических конденсаторов. Поэтому не стоит ставить выпаянные из старых схем конденсаторы или те, которые несколько лет (или десятков лет) хранятся в мастерской. Лучше купить «свежий», но проверьте дату производства.

Можно ли продлить срок эксплуатации конденсаторов? Можно. Надо улучшить теплоотвод. Чем меньше греется электролит, тем медленнее высыхает. Поэтому не стоит ставить аппаратуру вблизи отопительных приборов.

Для улучшения отвода тепла ставят радиаторы

Второе — надо следить за тем, чтобы хорошо работали кулера. Третье — если рядом стоят детали, которые активно греются во время работы, надо конденсаторы каким-то образом от температуры защитить.

Как подобрать замену

Если часто приходится менять один и тот же конденсатор, его лучше заменить на более «мощный» — той же ёмкости, но на большее напряжение. Например, вместо конденсатора на 25 вольт, поставить конденсатор на 35 вольт. Только надо иметь в виду, что более мощные конденсаторы имеют большие размеры. Не всякая плата позволяет сделать такую замену.

Конденсатор той же ёмкости, но рассчитанный на большее напряжение, имеет больший размер

Можно поставить параллельно несколько конденсаторов с тем же напряжением, подобрав номиналы так, чтобы получить требуемую ёмкость. Что это даст? Лучшую переносимость пульсаций тока, меньший нагрев и, как следствие, более продолжительный срок службы.

Что будет, если поставить конденсатор большей ёмкости?

Часто приходит в голову идея поставить вместо сгоревшего или вздувшегося конденсатор большей ёмкости. Ведь он должен меньше греться. Так, во всяком случае, кажется. Ёмкость практически никак не связана со степенью нагрева корпуса. И в этом выигрыша не будет.

Устройство электролитического конденсатора

По нормативным документам отклонение номинала конденсаторов допускается в пределах 20%. Вот на эту цифру можете спокойно ставить больше/меньше. Но это может привести к изменениям в работе устройства. Так что лучше найти «родной» номинал. И учтите, что не всегда можно ставить большую ёмкость. Можно если конденсатор стоит на входе и сглаживает скачки питания. Вот тут большая ёмкость уместна, если для её установки достаточно места. Это точно нельзя делать там, где конденсатор работает как фильтр, отсекающий заданные частоты.

Можно менять на ту же ёмкость, но чуть более высокое напряжение. Это имеет смысл. Но размеры такого конденсатора будут намного больше. Не в любую плату получится его установить. И учтите, что корпус его не должен соприкасаться с другими деталями.

Соединение конденсаторов: руководство для начинающих

В электротехнике существуют различные варианты подключения электрических элементов. В частности, существует последовательное, параллельное или смешанное соединение конденсаторов, в зависимости от потребностей схемы. Рассмотрим их.

Параллельное соединение

Параллельное соединение характеризуется тем, что все пластины электрических конденсаторов присоединяются к точкам включения и образовывают собой батареи. В таком случае, во время заряда конденсаторов каждый из них будет иметь различное число электрических зарядов при одинаковом количестве подводимой энергии

Схема параллельного крепления

Емкость при параллельной установке рассчитывается исходя из емкостей всех конденсаторов в схеме. При этом, количество электрической энергии, поступающей на все отдельные двухполюсные элементы цепи, можно будет рассчитать, суммировав сумму энергии, помещающейся в каждый конденсатор. Вся схема, подключенная таким образом, рассчитывается как один двухполюсник.

Схема — напряжение на накопителях

В отличие от соединения звездой, на обкладки всех конденсаторов попадает одинаковое напряжение. Например, на схеме выше мы видим, что:

Последовательное соединение

Здесь к точкам включения присоединяются контакты только первого и последнего конденсатора.

Схема — схема последовательного соединения

Главной особенностью работы схемы является то, что электрическая энергия будет проходить только по одному направлению, значит, что в каждом из конденсаторов ток будет одинаковым. В такой цепи для каждого накопителя, независимо от его емкости, будет обеспечиваться равное накопление проходящей энергии. Нужно понимать, что каждый из них последовательно соприкасается со следующим и предыдущим, а значит, емкость при последовательном типе может воспроизводиться энергией соседнего накопителя.

Формула, которая отражает зависимость тока от соединения конденсаторов, имеет такой вид:

i = ic1 = ic2 = ic3 = ic4, то есть токи проходящие через каждый конденсатор равны между собой.

Следовательно, одинаковой будет не только сила тока, но и электрический заряд. По формуле это определяется как:

А так определяется общая суммарная емкость конденсаторов при последовательном соединении:

Видео: как соединять конденсаторы параллельным и последовательным методом

Смешанное подключение

Но, стоит учитывать, что для соединения различных конденсаторов необходимо учитывать напряжение сети. Для каждого полупроводника этот показатель будет отличаться в зависимости от емкости элемента. Отсюда следует, что отдельные группы полупроводниковых двухполюсников малой емкости будут при зарядке становиться больше, и наоборот, электроемкость большого размера будет нуждаться в меньшем заряде.

Схема: смешанное соединение конденсаторов

Существует также смешанное соединение двух и более конденсаторов. Здесь электрическая энергия распределяется одновременно при помощи параллельного и последовательного подключения электролитических элементов в цепь. Эта схема имеет несколько участков с различным подключением конденсирующих двухполюсников. Иными словами, на одном цепь параллельно включена, на другом – последовательно. Такая электрическая схема имеет ряд достоинств сравнительно с традиционными:

  1. Можно использовать для любых целей: подключения электродвигателя, станочного оборудования, радиотехнических приборов;
  2. Простой расчет. Для монтажа вся схема разбивается на отдельные участки цепи, которые рассчитываются по отдельности;
  3. Свойства компонентов не изменяются независимо от изменений электромагнитного поля, силы тока. Это очень важно при работе с разноименными двухполюсниками. Ёмкость постоянна при постоянном напряжении, но, при этом, потенциал пропорционален заряду;
  4. Если требуется собрать несколько неполярных полупроводниковых двухполюсников из полярных, то нужно взять несколько однополюсных двухполюсника и соединить их встречно-параллельным способом (в треугольник). Минус к минусу, а плюс к плюсу. Таким образом, за счет увеличения емкости изменяется принцип работы двухполюсного полупроводника.

Схемы соединения конденсаторов — расчет емкости

В данной статье приведены различные схемы соединения конденсаторов, а так же формулы их расчета с примером.

Последовательное соединение конденсаторов

Если условно разделить выводы каждого из конденсаторов на первый и второй выводы последовательное соединение конденсаторов будет выполняется следующим образом: второй вывод первого конденсатора соединяется с первым выводом второго конденсатора, второй вывод второго конденсатора, соединяется с первым выводом третьего и так далее. Таким образом мы получим группу (блок) последовательно соединенных конденсаторов с двумя свободными выводами — первым выводом первого конденсатора в блоке и вторым выводом последнего конденсатора, через которые данный конденсаторный блок и подключается в электрическую цепь.

Схема последовательного соединения конденсаторов будет иметь следующий вид:

Фактически последовательное соединение конденсаторов имеет следующий вид:

При данной схеме соединения заряды на конденсаторах будут одинаковы:

где: Q1, Q2, Q3 — соответственно заряд на первом, втором, третьем и т.д. конденсаторах

Напряжение на каждом конденсаторе при такой схеме зависит от его емкости:

  • U 1, U2, U3 — соответственно напряжение на первом, втором, третьем конденсаторах
  • C 1, C2, C3 — соответственно емкости первого, второго, третьего конденсаторов

При этом общее напряжение составит:

Рассчитать общую емкость конденсаторов при последовательном соединении можно по следующим формулам:

  • При последовательном соединении двух конденсаторов:
  • При последовательном соединении трех и более конденсаторов:

Параллельное соединение конденсаторов

Если условно разделить выводы каждого из конденсаторов на первый и второй выводы параллельное соединение конденсаторов будет выполняется следующим образом: первые выводы всех конденсаторов соединяются в одну общую точку (условно — точка №1) вторые выводы всех конденсаторов соединяются в другую общую точку (условно — точка №2). В результате получается группа (блок) параллельно соединенных конденсаторов подключение которой к электрической цепи производится через условные точки №1 и №2.

Схема параллельного соединения конденсаторов будет иметь следующий вид:

Таким образом параллельное соединение конденсаторов будет иметь следующий вид:

При данной схеме напряжение на всех конденсаторах будет одинаково:

Заряд же на каждом из конденсаторов будет зависеть от его емкости:

При этом общий заряд цепи будет равен сумме зарядов всех параллельно подключенных конденсаторов:

Рассчитать общую емкость конденсаторов при параллельном соединении можно по следующей формуле:

Смешанное соединение конденсаторов

Схема в которой присутствует две и более группы (блока) конденсаторов с различными схемами соединения называется схемой смешанного соединения конденсаторов.

Приведем пример такой схемы:

Для расчетов такие схемы условно разделяются на группы одинаково соединенных конденсаторов, после чего расчеты ведутся для каждой группы по формулам приведенным выше.

Для наглядности приведем пример расчета общей емкости данной схемы.

Пример расчета

Условно разделив схему на группы получим следующее:

Как видно из схемы на первом этапе мы выделили 3 группы (блока) конденсаторов, при этом конденсаторы в первой и второй группе соединены последовательно, а конденсаторы в третьей группе — параллельно.

Произведем расчет каждой группы:

  • Группа 1 — последовательное соединение трех конденсаторов:
  • Группа 2 — последовательное соединение двух конденсаторов:

С4,5 = C 4* C 5/ C 4+ C 5 = 20*30/20+30 = 600/50 = 12 мкФ

  • Группа 3 — параллельное соединение трех конденсаторов:

В результате расчета схема упрощается:

Как видно в упрощенной схеме осталась еще одна группа из двух параллельно соединенных конденсаторов, произведем расчет ее емкости:

  • Группа 4 — параллельное соединение двух групп конденсаторов:

С1,2,3,4,5 = C 1,2,3+ C4,5 = 2,72+12 = 14,72 мкФ

В конечном итоге получаем простую схему из двух последовательно соединенных групп конденсаторов:

Теперь можно определить общую емкость схемы:

Собщ = C 1,2,3,4,5* C 6,7,8/ C 1,2,3,4,5+ C 6,7,8 = 14,72*60/14,72+60 = 883,2/74,72 = 11,8 мкФ

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Способы соединения конденсаторов

Иногда в наличии нет конденсатора с нужными параметрами. В таком случае, можно соединить несколько конденсаторов так, чтобы полученная система обладала необходимой электрической емкостью. Существуют два основных способа соединений:

  1. параллельный;
  2. последовательный;

Комбинируя эти способы, можно получить смешанное соединение.

Для каждого способа применяют специальные формулы, описывающие распределение заряда и напряжения на конденсаторах, а, так же, получаемую итоговую электроемкость системы.

Параллельное соединение

Этот способ соединения получаем, соединяя каждый вывод одного прибора с соответствующим ему выводом другого (рис. 1).

Емкость для параллельного включения можно определить так:

При этом, общая (large C_> ) электроемкость получится больше самой большой емкости, входящей в соединение.

(large C_, C_ left( text right) ) – электроемкости конденсаторов.

Общая электроемкость включенных параллельно конденсаторов больше емкости большего из них.

Напряжение на конденсаторах

Напряжения, приложенные к параллельно подключенным обкладкам, равны.

(large U_, U_left( Bright) ) – напряжения на обкладках.

Правило для зарядов

Общий заряд системы разделится на части. Каждая из параллельно соединенных емкостей получит свой заряд.

(large q_, q_left( text right) ) – заряды на конденсаторах.

При этом, из формулы емкости (ссылка), связывающей ее с напряжением на обкладках и зарядом, следует (рис. 4):

При параллельном соединении меньшая емкость содержит меньший заряд.

Из рисунка 4 следует, в параллельной части цепи конденсатор с наименьшей (0,1 Ф) электроемкостью накапливает меньший (1 Кулон) заряд. А набиольший заряд 4 Кулона содержится на приборе, обладающем максимальной емкостью 0,4 Ф.

Последовательное соединение

Для такого способа соединения складываются величины, обратные емкостям.

Примечание: Величина, обратно пропорциональная емкости, измеряется в обратных Фарадах.

(large displaystyle frac left( frac > right) ) – величину, обратную электроемкости в некоторых источниках называют электрической эластичностью (эластансом).

(large C_, C_left( textright) ) – емкости конденсаторов.

При последовательном включении общая (large C_> ) электроемкость цепочки окажется меньше самой маленькой емкости включенной в цепочку.

Общая емкость системы меньше меньшей из включенных последовательно емкостей.

Правило для напряжений

Приложенное к концам последовательной цепочки напряжение распределится между элементами.

где (large U_, U_left( Bright) ) — это напряжения на обкладках.

Чем больше емкость конденсатора, тем меньшее напряжение будет наблюдаться на его обкладках при последовательном соединении.

Общее напряжение разделится на части. Большее напряжение будет на конденсаторе с меньшей электроемкостью.

На рисунке 7 представлена цепочка, состоящая из 4-ех емкостей, соединенных последовательно. На конденсаторе с наименьшей емкостью 0,3 Ф напряжение составляет 4 Вольта.

А наименьшее напряжение 1 Вольт, находится на обкладках конденсатора с наибольшей емкостью 1,2 Ф. Общее напряжение на концах цепочки равняется 10-и Вольтам.

Заряд на конденсаторах

Зарядив одну из обкладок конденсатора, мы получим на второй его обкладке такой же (по модулю) заряд противоположного знака. Поэтому, все конденсаторы, соединенные последовательно, будут иметь одинаковые заряды на обкладках.

где (large q_, q_left( text right) ) – заряды, накопленные конденсаторами.

В последовательно включенной цепочке все конденсаторы обладают равными зарядами.

Конденсатор на входе блока питания

На чтение 16 мин. Опубликовано

Рождённый с паяльником

Для тех, кто ищет

величина емкости на входе импульсного БП

  • 25 comments
  • Leave a comment

Если ставить с запасом, то коэффициент мощности упадёт, характер нагрузки на сеть станет индуктивным. Для одного прибора без разницы, а если массово так делать то новую ЛЭП строить придётся 🙂

При этом конденсатор на входе обычно и так с запасом, просто он теряет ёмкость от перегрева. Ну так и больший потеряет, какая разница.
Ставить надо нормальные конденсаторы плюс обдув, и всё.

Величина выбирается исходя из потребляемой мощности и допустимой пульсации. Можно нагуглить «расчёт сглаживающего конденсатора» — полно статей.

Нормально собранный ИБП вряд ли пострадает от недостаточной ёмкости на входе. Если запаса энергии будет не хватать, он будет уходить из расчётного режима. Будет дольше время накачки трансформатора.

Чем больше конденсатор на входе — тем больше ток при включении. Отсюда — искры в розетке, импульсы в сети.

Блог о электронике

Что то часто меня стали спрашивать как подключить микроконтроллер или какую низковольтную схему напрямую в 220 не используя трансформатор. Желание вполне очевидное — трансформатор, пусть даже и импульсный, весьма громоздок. И запихать его, например, в схему управления люстрой размещенной прям в выключателе не получится при всем желании. Разве что нишу в стене выдолбить, но это же не наш метод!

Тем не менее простое и очень компактное решение есть — это делитель на конденсаторе.

Правда конденсаторные блоки питания не имеют развязки от сети, поэтому если вдруг в нем что нибудь перегорит, или пойдет не так, то он запросто может долбануть тебя током, или сжечь твою квартиру, ну а комп угробить это вообще за милое дело, в общем технику безопасности тут надо чтить как никогда — она расписана в конце статьи. В общем, если я тебя не убедил что бестрансформаторные блоки питания это зло — то сам себе злой Буратино, я тут не причем. Ну ладно, ближе к теме.

Помните обычный резистивный делитель?

Казалось бы, в чем проблема, выбрал нужные номиналы и получил искомое напряжение. Потом выпрямил и Profit. Но не все так просто — такой делитель может и сможет дать нужное напряжение, но вот совершенно не даст нужный ток. Т.к. сопротивления сильно велики. А если сопротивления пропорционально уменьшать, то через них насквозь пойдет большой ток, что при напряжении в 220 вольт даст очень большие тепловые потери — резисторы будут греть как печка и в итоге либо выйдут из строя, либо пожар устроят.

Все меняется если один из резисторов заменить на конденсатор. Суть в чем — как вы помните из статьи про конденсаторы, напряжение и ток на конденсаторе не совпадают по фазе. Т.е. когда напряжение в максимуме — ток минимален, и наоборот.

Так как у нас напряжение переменное, то конденсатор будет постоянно разряжаться и заряжаться, а особенность разряда-заряда конденсатора в том, что когда у него максимальный ток (в момент заряда), то минимальное напряжение и наборот. Когда он уже зарядился и напруга на нем максимальная, то ток равен нулю. Соответственно, при таком раскладе, мощность тепловых потерь, выделяемая на конденсаторе (P=U*I) будет минимальной. Т.е. он даже не вспотеет. А рективное сопротивление конденсатора Xc=-1/(2pi*f*C).

Активное — резистор (R)
Реактивное — конденсатор (Xс) и катушка(XL)
Полное же сопротивление цепи (импенданс) Z=(R 2 +(XL+Xс) 2 ) 1/2

Да, чистые активные и реактивные элементы бывают только в теории. Например, у катушки есть индуктивное сопротивление — витки, активное сопротивление — сопротивление проволки и емкостное сопротивление — паразитные конденсаторы образующиеся между витками катушки.
Даже обычный проводник имеет какую то паразитную емкость и индуктивность.

Активное сопротивление всегда постоянно, а реактивное зависит от частоты.
XL=2pi*f * L
Xc=-1/(2pi*f*C)
Знак реактивного сопротивления элемента указывает на его характер. Т.е. если больше нуля, то это индуктивные свойства, если меньше нуля то емкостные. Из этого следует, что индуктивность можно скомпенсировать емкостью и наоборот.

f — частота тока.

Соответственно, на постоянном токе при f=0 и XL катушки становится равен 0 и катушка превращается в обычный кусок провода с одним лишь активным сопротивлением, а Xc конденсатора при этом уходит в бесконечность, превращая его в обрыв.

Эта зависимость от частоты также показывает почему в высокочастотных устройствах простые, казалось бы, дорожки печатной платы начинают вести себя как детали — а просто из за возросшей частоты их паразитные значения реактивных сопротивлений возрастают до ощутимых величин.

Получается у нас вот такая вот схема:

Теперь надо что-то сделать с тем, что у нас переменка. Не велика проблема — добавим парочку диодов (можно, конечно, и диодный мост, будет эффективней, но с двумя диодами проще) диоды должны быть на ток около ампера, не меньше. И чтобы обратное напряжение было вольт на 500. 1N4007, например, или похожий по параметрам:

Все, в одну сторону ток течет через один диод, в другую через второй. В итоге, в правой части цепи у нас уже не переменка, а пульсирующий ток — одна полуволна синусоиды.

Добавим сглаживающий конденсатор, чтобы сделать напряжение поспокойней, микрофарад на 100 и вольт на 25, электролит:

Но есть тут одна заковыка — у нас напряжение на нагрузке зависит от сопротивления нагрузки. Т.е. если у тебя схема, включенная вместо Rн снизила потребление тока, то соответственно напряжение на ней вырастет. А для всякой нежной электроники это черевато.

Лечится стабилитроном на нужное нам напряжение. Питать мы собираемся микроконтроллер, так что на 5 вольт:

В принципе уже готово, единственно что надо поставить стабилитрон на такой ток, чтобы он не сдох когда нагрузки нет вообще, ведь тогда отдуваться за всех придется ему, протаскивая весь ток который может дать БП.

А можно ему помочь слегонца. Поставить резистор токоограничительный. Правда это сильно снизит нагрузочную способность блока питания, но нам хватит и этого.

Ток который эта схема может отдать можно, ЕМНИП, примерно вычислить по формуле:

  • F — частота питающей сети. У нас 50гц.
  • С — емкость
  • U — напряжение в розетке
  • Uвых — выходное напряжение

Сама формула выводится из жутких интегралов от формы тока и напряжения. В принципе можешь сам ее нагуглить по кейворду «гасящий конденсатор расчет», материала предостаточно.

В нашем случае получается что I = 100 * 0.46E-6 (1.41*U — Uвых/2) = 15мА

Не феерия, но для работы МК+TSOP+оптоинтерфейс какой- нибудь более чем достаточно. А большего обычно и не требуется.

Еще добавить парочку кондеров для дополнительной фильтрации питания и можно использовать:

Еще добавил резюк на 43ом 1Вт, чтобы кондер при втыкании кондер заряжался не так быстро и не было броска тока. На печатке он здоровый такой, возле разьема.

Печатная плата простая и вопросов по ее разводке под другую форму корпуса ни у кого не возникнет. Я же ее тут сделал просто для примера, поэтому не смотрите на ее большие размеры. Я не мельчил:

После чего, как обычно, все вытравил и спаял:

Схема многократно проверена и работает. Я ее когда то пихал в систему управления нагревом термостекла. Места там было со спичечный коробок, а безопасность гарантировалась тотальной остекловкой всего блока.

В данной схеме нет никакой развязки по напряжению от питающей цепи, а значит схема ОЧЕНЬ ОПАСНА в плане электрической безопасности.

Поэтому надо крайне ответственно подходить к ее монтажу и выбору компонентов. А также внимательно и очень осторожно обращаться с ней при наладке.

Во первых, обратите внимание, что один из выводов идет к GND напрямую из розетки. А это значит что там может быть фаза, в зависимости от того как воткнули вилку в розетку.

Поэтому неукоснительно соблюдайте ряд правил:

  • 1. Номиналы надо ставить с запасом на как можно большее напряжение. Особенно это касается конденсатора. У меня стоит на 400вольт, но это тот что был в наличии. Лучше бы вообще вольт на 600, т.к. в электросети иногда бывают выбросы напряжения намного превышающие номинал. Стандартные блоки питания за счет своей инерционности его переживут запросто, а вот конденсатор может и пробить — последствия представьте себе сами. Хорошо если не будет пожара.
  • 2. Эта схема должна быть тщательным образом заизолирована от окружающей среды. Надежный корпус, чтобы ничего не торчало наружу. Если схема монтируется в стену, то она не должна касаться стен. В общем, пакуем все это дело наглухо в пластик, остекловываем и закапываем на глубине 20метров. :)))))
  • 3. При наладке ни в коем случае не лезть руками ни к одному из элементов цепи. Пусть вас не успокаивает что там на выходе 5 вольт. Так как пять вольт там исключительно относительно самой себя. А вот по отношению к окружающей среде там все те же 220.
  • 4. После отключения крайне желательно разрядить гасящий конденсатор. Т.к. в нем остается заряд вольт на 100-200 и если неосторожно сунуться куда нибудь не туда больно цапнет за палец. Вряд ли смертельно, но приятного мало, а от неожиданности можно и бед натворить.
  • 5. Если используется микроконтроллер , то прошивку его делать ТОЛЬКО при полном выключении из сети. Причем выключать надо выдергиванием из розетки. Если этого не сделать, то с вероятностью близкой к 100% будет убит комп. Причем скорей всего весь.
  • 6. То же касается и связи с компом. При таком питании запрещено подключаться через USART, запрещено обьединять земли.

Если все же хотите связь с компом, то используйте потенциально разделенные интерфейсы. Например, радиоканал, инфракрасную передачу, на худой конец разделение RS232 оптронами на две независимые части.

В общем, я настоятельно НЕ РЕКОМЕНДУЮ пользоваться такой схемой включения. И если можно от нее избавиться, то от нее нужно избавиться. Перейдя на традиционные схемы блоков питания с развязкой от сети.

Ну и, как обычно, видеосьемка процесса запуска девайса от розетки через такой вот БП:

Блог о электронике

Что то часто меня стали спрашивать как подключить микроконтроллер или какую низковольтную схему напрямую в 220 не используя трансформатор. Желание вполне очевидное — трансформатор, пусть даже и импульсный, весьма громоздок. И запихать его, например, в схему управления люстрой размещенной прям в выключателе не получится при всем желании. Разве что нишу в стене выдолбить, но это же не наш метод!

Тем не менее простое и очень компактное решение есть — это делитель на конденсаторе.

Правда конденсаторные блоки питания не имеют развязки от сети, поэтому если вдруг в нем что нибудь перегорит, или пойдет не так, то он запросто может долбануть тебя током, или сжечь твою квартиру, ну а комп угробить это вообще за милое дело, в общем технику безопасности тут надо чтить как никогда — она расписана в конце статьи. В общем, если я тебя не убедил что бестрансформаторные блоки питания это зло — то сам себе злой Буратино, я тут не причем. Ну ладно, ближе к теме.

Помните обычный резистивный делитель?

Казалось бы, в чем проблема, выбрал нужные номиналы и получил искомое напряжение. Потом выпрямил и Profit. Но не все так просто — такой делитель может и сможет дать нужное напряжение, но вот совершенно не даст нужный ток. Т.к. сопротивления сильно велики. А если сопротивления пропорционально уменьшать, то через них насквозь пойдет большой ток, что при напряжении в 220 вольт даст очень большие тепловые потери — резисторы будут греть как печка и в итоге либо выйдут из строя, либо пожар устроят.

Все меняется если один из резисторов заменить на конденсатор. Суть в чем — как вы помните из статьи про конденсаторы, напряжение и ток на конденсаторе не совпадают по фазе. Т.е. когда напряжение в максимуме — ток минимален, и наоборот.

Так как у нас напряжение переменное, то конденсатор будет постоянно разряжаться и заряжаться, а особенность разряда-заряда конденсатора в том, что когда у него максимальный ток (в момент заряда), то минимальное напряжение и наборот. Когда он уже зарядился и напруга на нем максимальная, то ток равен нулю. Соответственно, при таком раскладе, мощность тепловых потерь, выделяемая на конденсаторе (P=U*I) будет минимальной. Т.е. он даже не вспотеет. А рективное сопротивление конденсатора Xc=-1/(2pi*f*C).

Активное — резистор (R)
Реактивное — конденсатор (Xс) и катушка(XL)
Полное же сопротивление цепи (импенданс) Z=(R 2 +(XL+Xс) 2 ) 1/2

Да, чистые активные и реактивные элементы бывают только в теории. Например, у катушки есть индуктивное сопротивление — витки, активное сопротивление — сопротивление проволки и емкостное сопротивление — паразитные конденсаторы образующиеся между витками катушки.
Даже обычный проводник имеет какую то паразитную емкость и индуктивность.

Активное сопротивление всегда постоянно, а реактивное зависит от частоты.
XL=2pi*f * L
Xc=-1/(2pi*f*C)
Знак реактивного сопротивления элемента указывает на его характер. Т.е. если больше нуля, то это индуктивные свойства, если меньше нуля то емкостные. Из этого следует, что индуктивность можно скомпенсировать емкостью и наоборот.

f — частота тока.

Соответственно, на постоянном токе при f=0 и XL катушки становится равен 0 и катушка превращается в обычный кусок провода с одним лишь активным сопротивлением, а Xc конденсатора при этом уходит в бесконечность, превращая его в обрыв.

Эта зависимость от частоты также показывает почему в высокочастотных устройствах простые, казалось бы, дорожки печатной платы начинают вести себя как детали — а просто из за возросшей частоты их паразитные значения реактивных сопротивлений возрастают до ощутимых величин.

Получается у нас вот такая вот схема:

Теперь надо что-то сделать с тем, что у нас переменка. Не велика проблема — добавим парочку диодов (можно, конечно, и диодный мост, будет эффективней, но с двумя диодами проще) диоды должны быть на ток около ампера, не меньше. И чтобы обратное напряжение было вольт на 500. 1N4007, например, или похожий по параметрам:

Все, в одну сторону ток течет через один диод, в другую через второй. В итоге, в правой части цепи у нас уже не переменка, а пульсирующий ток — одна полуволна синусоиды.

Добавим сглаживающий конденсатор, чтобы сделать напряжение поспокойней, микрофарад на 100 и вольт на 25, электролит:

Но есть тут одна заковыка — у нас напряжение на нагрузке зависит от сопротивления нагрузки. Т.е. если у тебя схема, включенная вместо Rн снизила потребление тока, то соответственно напряжение на ней вырастет. А для всякой нежной электроники это черевато.

Лечится стабилитроном на нужное нам напряжение. Питать мы собираемся микроконтроллер, так что на 5 вольт:

В принципе уже готово, единственно что надо поставить стабилитрон на такой ток, чтобы он не сдох когда нагрузки нет вообще, ведь тогда отдуваться за всех придется ему, протаскивая весь ток который может дать БП.

А можно ему помочь слегонца. Поставить резистор токоограничительный. Правда это сильно снизит нагрузочную способность блока питания, но нам хватит и этого.

Ток который эта схема может отдать можно, ЕМНИП, примерно вычислить по формуле:

  • F — частота питающей сети. У нас 50гц.
  • С — емкость
  • U — напряжение в розетке
  • Uвых — выходное напряжение

Сама формула выводится из жутких интегралов от формы тока и напряжения. В принципе можешь сам ее нагуглить по кейворду «гасящий конденсатор расчет», материала предостаточно.

В нашем случае получается что I = 100 * 0.46E-6 (1.41*U — Uвых/2) = 15мА

Не феерия, но для работы МК+TSOP+оптоинтерфейс какой- нибудь более чем достаточно. А большего обычно и не требуется.

Еще добавить парочку кондеров для дополнительной фильтрации питания и можно использовать:

Еще добавил резюк на 43ом 1Вт, чтобы кондер при втыкании кондер заряжался не так быстро и не было броска тока. На печатке он здоровый такой, возле разьема.

Печатная плата простая и вопросов по ее разводке под другую форму корпуса ни у кого не возникнет. Я же ее тут сделал просто для примера, поэтому не смотрите на ее большие размеры. Я не мельчил:

После чего, как обычно, все вытравил и спаял:

Схема многократно проверена и работает. Я ее когда то пихал в систему управления нагревом термостекла. Места там было со спичечный коробок, а безопасность гарантировалась тотальной остекловкой всего блока.

В данной схеме нет никакой развязки по напряжению от питающей цепи, а значит схема ОЧЕНЬ ОПАСНА в плане электрической безопасности.

Поэтому надо крайне ответственно подходить к ее монтажу и выбору компонентов. А также внимательно и очень осторожно обращаться с ней при наладке.

Во первых, обратите внимание, что один из выводов идет к GND напрямую из розетки. А это значит что там может быть фаза, в зависимости от того как воткнули вилку в розетку.

Поэтому неукоснительно соблюдайте ряд правил:

  • 1. Номиналы надо ставить с запасом на как можно большее напряжение. Особенно это касается конденсатора. У меня стоит на 400вольт, но это тот что был в наличии. Лучше бы вообще вольт на 600, т.к. в электросети иногда бывают выбросы напряжения намного превышающие номинал. Стандартные блоки питания за счет своей инерционности его переживут запросто, а вот конденсатор может и пробить — последствия представьте себе сами. Хорошо если не будет пожара.
  • 2. Эта схема должна быть тщательным образом заизолирована от окружающей среды. Надежный корпус, чтобы ничего не торчало наружу. Если схема монтируется в стену, то она не должна касаться стен. В общем, пакуем все это дело наглухо в пластик, остекловываем и закапываем на глубине 20метров. :)))))
  • 3. При наладке ни в коем случае не лезть руками ни к одному из элементов цепи. Пусть вас не успокаивает что там на выходе 5 вольт. Так как пять вольт там исключительно относительно самой себя. А вот по отношению к окружающей среде там все те же 220.
  • 4. После отключения крайне желательно разрядить гасящий конденсатор. Т.к. в нем остается заряд вольт на 100-200 и если неосторожно сунуться куда нибудь не туда больно цапнет за палец. Вряд ли смертельно, но приятного мало, а от неожиданности можно и бед натворить.
  • 5. Если используется микроконтроллер , то прошивку его делать ТОЛЬКО при полном выключении из сети. Причем выключать надо выдергиванием из розетки. Если этого не сделать, то с вероятностью близкой к 100% будет убит комп. Причем скорей всего весь.
  • 6. То же касается и связи с компом. При таком питании запрещено подключаться через USART, запрещено обьединять земли.

Если все же хотите связь с компом, то используйте потенциально разделенные интерфейсы. Например, радиоканал, инфракрасную передачу, на худой конец разделение RS232 оптронами на две независимые части.

В общем, я настоятельно НЕ РЕКОМЕНДУЮ пользоваться такой схемой включения. И если можно от нее избавиться, то от нее нужно избавиться. Перейдя на традиционные схемы блоков питания с развязкой от сети.

Ну и, как обычно, видеосьемка процесса запуска девайса от розетки через такой вот БП:

Как выбрать подходящий конденсатор для стабилизации входного напряжения

Почему я не мог просто использовать регулятор для этой цели?

Главным образом, потому что каждый чип не может быть рядом с регулятором. Чем дальше ваш чип от питающего его регулятора, тем больше сопротивление и индуктивность в соединении между регулятором и выводом Vcc (и от вывода заземления на обратной стороне).

Если потребление тока вашей микросхемы изменится, это сопротивление и индуктивность приведут к изменению напряжения на выводе Vcc.

Я понятия не имею, как выбрать подходящее значение емкости.

Есть два способа посмотреть на это.

  1. Когда ваша микросхема изменит свое потребление тока, это di / dt создаст падение напряжения на индуктивности обратно к источнику напряжения. Вам нужен конденсатор, который может подавать (или поглощать) дельту тока, пока ток от источника не сможет реагировать.

    К сожалению, для выбора конденсатора таким способом требуется знание двух вещей, которые вы часто не знаете: какова будет ди / дт, генерируемая чипом (этот вы, возможно, на самом деле знаете в некоторых случаях), и какова индуктивность соединения с источник (это можно смоделировать с помощью хорошего инструмента проверки целостности питания, но это дорого).

  2. Вы можете спроектировать свои обводные конденсаторы, чтобы обеспечить низкоимпедансное соединение с землей на всех частотах, которые вас интересуют.

    Низкоценный конденсатор будет иметь высокое сопротивление на низких частотах, потому что Z = 1 J ω С Z знак равно 1 J ω С ,

    Высококачественный конденсатор потребует большей упаковки и имеет высокий импеданс на высоких частотах из-за его эквивалентной последовательной индуктивности (ESL), для которой Z = j ω L Z знак равно J ω L ,

    Решение состоит в том, чтобы поместить несколько значений конденсатора параллельно, чтобы охватить все частоты. Хороший поставщик конденсаторов предоставит характеристики ESL и ESR, чтобы вы могли смоделировать комбинацию конденсаторов и найти комбинацию, которая работает.

Мои исследования показывают, что мне нужен электролитический конденсатор для этого применения

Обычная установка представляет собой керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ на выводе Vcc каждой микросхемы и несколько крупных электролитических электролитов, распределенных по плате (не обязательно по одному на микросхему). Подходит ли это для вашего дизайна, не ясно из того, что вы поделились.

Как правило, высокие значения (в больших упаковках и часто в электролитических системах) не обязательно должны быть такими же близкими к микросхеме, как конденсаторы малой величины (в небольших упаковках), потому что они полезны при более низких частотах, когда индуктивность отделяет их от нагрузки (микросхема). ) имеет меньший эффект. Возможно, один конденсатор на 10 мкФ может быть разделен между 4 или более нагрузками. И несколько конденсаторов 47 или 100 мкФ могут быть разбросаны вокруг платы.

Несовпадение рекомендуемого номинала конденсаторов для движка с рабочим. — Электропривод

Восстанавливаю электрическую часть Универсала 2. Задача сделать кнопочный пуск, реверс переключателем. Имеем двигатель 270Вт, за основу взята схема с Универсала 3, отсуюда, с форума.

шильдик двигателя:

схема:

C кнопками, пускателем, реле разобрался. Двигатель стартует отлично со снятым ремнем и с одетым. Емкость рабочего конденсатора 18Мф, пусковых — 40Мф. Конденсаторы МГБЧ-1. Решил померять токи клещами. На одном проводе 0.5А, на втором, к которому подключены кондеры 1.5А, на третьем практически ноль.

Экспирименты:

1. Уменьшил емкость рабочего конденсатора до 10Мф. На втором проводе ток упал до 1.0А, на остальных проводах без изменений;

2. Увеличил емкость рабочего кондера до 24Мф — ток на втором проводе вырос до 2.0А, по остальным без изменений;

3. Уменьшил емкость рабочего кондера до 4.0Мф — ток 1.0А, пуск едва заметно дольше.

4. Вообще отключил рабочий конденсатор. Ток на втором проводе 1,0А запустился с трудом, после пуска работает по звуку без изменений.

5. Подключил рабочий конденсатор (20Мф) к пусковым (40Мф). Запускается еще хуже, щелкает реле тока.

6. Оставляю рабочим 10Мф, уменьшаю пусковые до 30Мф, 20Мф — вялый старт.

Итоги — рабочий взят 10Мф, пусковые 40Мф. Стартует хорошо, работает без гула.

Что смущает. Емкость рабочего конденсатора для 270Вт, должна быть около 18Мф, пусковых — 30-45Мф. В реальности хватает рабочего 10Мф. Смущает разность в токах по обмоткам. Ток мерял советскими древними клещами со стрелочным индикатором. Может он врет? При запуска по двум проводам из трех стабильно ток вырастает до 3-4А в зависимости от того насколько я его нагружал, а потом падает до вышеперечисленных значений. Т.е. на одном из проводов 0,5А, на втором от 1,0 до 2,0 А в зависимости от емкости кондеров, на третьем практически ноль. При реверсе провода где 1,0А и практически ноль меняются местами, но это квроде как бы так и должно быть.

Стоит ли увеличивать емкость рабочего конденсатора до рекомендуемого по формуле? Должен ли так различаться ток? Особенно смущает, что и без рабочего кондера, при запущеном двигателе токи аналогичные.

Можно ли зарядить конденсатор при любом потенциале

Можно ли зарядить конденсатор любым потенциалом?

только до рабочего напряжения. кроме того, это вызывает поломку. Вы можете заряжать конденсатор при любом потенциале, если напряжение зарядки ниже номинального значения напряжения конденсатора.

да, но вы должны применить более высокий потенциал, чем тот, который уже присутствует на конденсаторе. Однако все конденсаторы имеют предел напряжения, при превышении которого электрическое напряжение нарушается, а конденсатор разрушается.

внутри конденсатора разность потенциалов между проводящими пластинами создает емкость. существует предел пробою диэлектрика. даже пустоте есть предел. поэтому вы можете заряжать конденсатор с потенциалом ниже, чем потенциал отключения любой из его частей.

Принято иметь запас прочности, и вы должны иметь его, если хотите некоторую надежность.

некоторые возможности допускают нагрузку только при максимальном напряжении, напечатанном в одном направлении.в обратном направлении допустимое напряжение намного ниже. Эти электролитические конденсаторы имеют соответствующую полярность, указанную на упаковке.

конденсатор состоит из двух проводников, изолированных диэлектриком. изоляционная способность определяется типом и формой диэлектрика. Конденсатор может удерживать винтаж в точке, где это напряжение начинает проходить через изолятор. таким образом, конденсатор может содержать любое напряжение до напряжения изоляции диэлектрика.

конденсатор имеет обозначенное рабочее напряжение.Если вы превысите порог, пластины разделены диэлектриком, и конденсатор выйдет из строя.

к рабочему напряжению, найдите постоянную времени RC. это покажет, сколько времени потребуется для полной зарядки. появится точка, в которой градиент электрического поля между пластинами будет настолько важен, что диэлектрик разложится и начнет двигаться.

На

наиболее практичных конденсаторах указано номинальное рабочее напряжение, которое нельзя превышать.

теоретически можно построить конденсатор, способный хранить любое напряжение, как огромные пластины конденсатора.существование молнии, однако, поразительно показывает, что без идеального диэлектрика (например, идеального вакуума) конденсатор может быть заряжен только до напряжения пробоя его диэлектрического материала. нет, конденсатор имеет ограничение по напряжению для нагрузки. если мы превысим номинальное напряжение, чтобы зарядить его. мы повлияем на срок службы конденсатора, даже если он может вздуться, лопнуть или сгореть.

Конденсаторы

имеют определенное номинальное напряжение и нанесены на поверхность их корпуса. мы должны позаботиться о наших конденсаторах, когда хотим их зарядить.Когда мы хотим определить погодные условия, конденсатор исправен или неисправен в цепи постоянного тока, первым делом нужно удалить клемму с печатной платы и измерить ее целостность после разрядки уже присутствующего напряжения.

Вакуумные конденсаторы 60 кВ доступны на рынке, и вы можете получить даже 100 кВ. выход выпрямителя 100 кВ может быть спроектирован. Этот тип высоковольтного выпрямителя используется для испытаний переключения высокого напряжения.

Еще более высокие напряжения достигаются с заряженными сферическими конденсаторами при таких высоких напряжениях, которые затем соединяются последовательно.

Распределительные устройства 220 кВ или выше испытываются для определения их импульса путем последовательного соединения этих высоковольтных сферических конденсаторов и создания необходимого высокого напряжения высокого уровня. они разряжаются через импульсный трансформатор с использованием искровых разрядников для создания чрезвычайно высокого необходимого напряжения.

таких высоковольтных испытаний проводятся в высоковольтных лабораториях, расположенных в специальных помещениях, и занимают значительную площадь и сложную установку.

Высоковольтные конденсаторы и силовые резисторы

Конденсаторы

обычно рассчитываются по напряжению постоянного тока.Этот рейтинг означает, что можно ожидать, что деталь будет надежно работать в течение длительного времени при таком напряжении постоянного тока и при номинальной температуре конденсатора. Поскольку в большинстве приложений присутствует некоторая составляющая переменного напряжения, важно понимать факторы, которые определяют, сколько переменного тока может выдержать данная деталь с номинальным постоянным током. Эти факторы включают частоту, напряжение, номинальную мощность (размер), значение емкости и диэлектрические характеристики.

Влияние переменного тока на характеристики и надежность конденсатора частично зависит от типа используемого диэлектрика.Что касается керамических конденсаторов, все три первичных диэлектрика (NPO, X7R и Z5U) имеют разные изменения характеристик по отношению к приложенному переменному току. Например, для диэлектрика NPO значения емкости и коэффициента рассеяния будут оставаться относительно постоянными при подаче различных сигналов переменного тока. Однако X7R будет демонстрировать небольшие изменения с приложенной частотой и значительные изменения с величиной приложенного напряжения. Z5U изменится еще больше как с частотой, так и с напряжением. Конкретные конструкции конденсаторов будут влиять на количество изменений, которые произойдут в этих параметрах, поскольку они зависят как от используемого диэлектрика, так и от толщины этого диэлектрика для данного напряжения.Эти цифры относятся только к диэлектрику X7R. NPO не покажет никаких измеримых изменений ни напряжения, ни частоты. Z5U покажет изменения, аналогичные X7R, но гораздо более значимые. По этой причине Z5U редко используется в приложениях переменного тока.

В то время как изменения, связанные с частотой, можно легко отобразить для X7R (см. Рисунок 1), изменения, связанные с уровнем напряжения, зависят от диэлектрического напряжения (вольт на мил толщины диэлектрика) и будут разными для каждого номинального напряжения.Типичные значения для X7R показаны на рисунках с 2 по 5.

Для данного приложения мощность, рассеиваемая в конденсаторе, может быть рассчитана по формуле P = i² R, где P = мощность в ваттах, i = среднеквадратичное значение тока через конденсатор и R = эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсатор. Тогда i = 2 pie fCE, где f = частота в герцах, C = емкость в фарадах и E = приложенное действующее напряжение. Наконец, R = d / (2 pie fC), где d = коэффициент рассеяния.Комбинируя эти три уравнения, получаем формулу окончательной мощности: P = 2 pie fCE²d.

Теперь необходимо определить значения емкости и коэффициента рассеяния, предполагая, что нам известны приложенное напряжение и частота. Емкость может быть определена по рисункам 1, 2 и 3 путем изменения номинальной емкости по изменениям, показанным для данной частоты и напряжения. Коэффициент рассеяния может быть определен аналогичным образом из рисунков 1, 4 и 5. Обратите внимание, что эти значения являются типичными и будут варьироваться от одного производителя к другому.Колпачок, изменяющийся из-за напряжения, также может быть изменен производителем в соответствии с требованиями конкретного приложения.

После внесения вышеуказанных поправок в емкость и коэффициент рассеяния на основе напряжения и частоты цепи фактическое потребление энергии в конденсаторе можно рассчитать по формуле P = 2 pie fCE²d. Обратите внимание, что как значение емкости, так и частота напрямую влияют на мощность при заданном напряжении. Вот почему невозможно назначить общий рейтинг переменного тока (или коэффициент, применяемый к рейтингу постоянного тока) для конденсаторов.Это можно сделать только тогда, когда эти значения известны (как в приложениях с фиксированным значением 60 Гц).

После определения мощности необходимо выяснить, сможет ли данный конденсатор выдержать ее. Компания Johanson Dielectrics разработала таблицу номинальных мощностей для конденсаторов различных размеров, чтобы их можно было легко сравнить с расчетной мощностью (см. Таблицу 1).

Эти номинальные мощности основаны на повышении температуры на 25 ° C, измеренной на поверхности конденсатора при подаче питания.Характеристики также основаны на стандартном монтаже на печатной плате, отсутствии близлежащих источников тепла и без внешнего покрытия или заливки, которые могут препятствовать теплопроводности.

Вот пример: микросхема размером 0,1 мкФ, 500 В, X7R, 2520, предназначенная для поверхностного монтажа и работающая при 30 В среднеквадратичном значении и 10 кГц. В каталоге диэлектриков Johanson выберите номер детали Johanson 501h57W104KV4. Чтобы использовать формулу P = 2 pie fCE²d, значения f (10 000) и E (30) известны, а значения C и d должны быть определены по рисункам 1–5.

Соответственно, емкость из-за изменения частоты –2% из-за частоты (Рисунок 1) и + 25% из-за напряжения (используйте кривую 500 В постоянного тока на Рисунке 2). Это делает «C» фактической емкостью (.1) (. 98) (1.25) =. 123 мкФ. Аналогично, «d», коэффициент рассеяния с использованием большего из двух значений на рисунках 1 и 4 составляет 8% (0,08).

Теперь значения известны:
f = 10000
C = .123 (e-6)
E = 30
d = .08

Расчетная мощность 0,56 Вт.Ссылаясь на таблицу 1, номинальная мощность для размера h57 составляет 1,3 Вт, поэтому конструкция подходит для этого применения.

Applications Инженерная помощь предоставляется на заводе-изготовителе для других конкретных приложений или вопросов.

Обзор технологий и материалов, используемых в высоковольтных пленочных конденсаторах

3.1. Диэлектрические материалы

Идеальные диэлектрические материалы характеризуются отсутствием свободных зарядов в их составляющем объеме. Однако цепи, составляющие полимерный материал, могут испытывать локальное смещение под действием внешнего электрического поля.Когда к диэлектрическому материалу прикладывают электрическое поле, составляющие его диполи ориентируются с задержкой во времени. Ориентация этих диполей проявляется в явлении поляризации. Этот механизм деформации распределения электрических зарядов называется явлением поляризации. Поляризация — это физическая величина, используемая при исследовании свойств диэлектрических материалов. Он обозначает плотность электростатических диполей. Его механизм характеризуется увеличением способности конденсатора накапливать заряд после введения диэлектрика.

В полимерных материалах можно наблюдать четыре типа поляризации: электронную, атомную, ориентационную и межфазную. Что касается типов зарядов на электродах конденсатора, они могут быть либо свободными зарядами, связанными с поддержанием вакуумного напряжения, либо фиксированными зарядами, которые необходимы для компенсации явления поляризации. представляет это явление в диэлектрическом материале. Он показывает свободные заряды (отрицательные и положительные заряды) на выводах электродов, а также связанные с ними заряды (диполи).

Иллюстрация поляризации в диэлектрическом материале.

Электрический диполь образован двумя зарядами Q противоположных знаков, разделенных расстоянием l . Электрический дипольный момент определяется как:

Поляризация, обусловленная этими диполями, соответствует сумме векторов всех диполей в единице объема. Поляризация P → может быть определена как:

P → = 1Ω∑i∈ΩP → i

(2)

Единицы поляризации: Кл / м 2 .Рассмотрим линейный, однородный и изотропный диэлектрический материал. Если к нему приложить электрическое поле, связь между P → и E → будет линейной, а поляризацию можно записать следующим выражением:

где χ — электрическая восприимчивость материала. Если электрическое поле меняется во времени, практический способ учесть задержку между поляризацией и электрическим полем (принцип причинности) состоит в использовании сложной алгебры. В этом случае электрическая восприимчивость представляет собой комплексное число безразмерной величины.Его можно записать следующим образом:

χ * (ω) = χ ′ (ω) −jχ ″ (ω)

(4)

Если поляризация обусловлена ​​механизмом дипольной релаксации с постоянной времени τ , простой способ (но который редко соответствует экспериментальным наблюдениям) выразить изменение комплексной восприимчивости как функцию частоты — это использовать уравнения Дебая:

χ ′ (ω) = χ∞ + (χs − χ∞) 1 + ω2τ2

(5)

χ ″ (ω) = (χs − χ∞) ωτ1 + ω2τ2

(6)

Эквивалентные уравнения Дебая для комплексной диэлектрической проницаемости как функции частоты:

ε ′ (Ω) = ε∞ + (εs − ε∞) 1 + ω2τ2

(7)

ε ″ (ω) = (εs − ε∞) ωτ1 + ω2τ2

(8)

где εs — статическая электрическая проницаемость (для f = 0), ε∞ — электрическая проницаемость на бесконечной частоте, а ω — пульсация ω = 2πf.

На действительную и мнимую диэлектрическую проницаемость влияют как температура, так и частота. Время релаксации зависит от температуры и часто имеет форму закона Аррениуса:

где ea — энергия активации, а k — постоянная Больцмана.

В полимерах различные движения молекул, вызванные механизмами поляризации, вызывают явления релаксации. Эти релаксации классифицируются в порядке увеличения частоты возникновения при фиксированной температуре или в порядке уменьшения температуры при фиксированной частоте и идентифицируются последовательными буквами греческого алфавита ( α , β , γ ). .Релаксация α обычно соответствует колебаниям и переориентации основных цепей кристаллических областей в полукристаллических полимерах и движениям боковых цепей во время стеклования аморфных полимеров. Релаксация β соответствует движению боковых цепей при стекловании для полукристаллических полимеров и локализованным движениям боковых групп для аморфных полимеров. Релаксация γ соответствует локализованным движениям боковых групп аморфных областей для полукристаллических или аморфных полимеров.

,

и соответственно показывают характеристики диэлектрических потерь типичного полярного полимера (ПЭТ) и неполярного полимера (ПЭ). С одной стороны, можно наблюдать локальные максимумы, связанные с механизмами α- и β-релаксации. Эти пики обусловлены движениями основных и боковых цепей или вращательными движениями групп полимера. В, механизм α-релаксации проиллюстрирован между частотами от 1 до 10 (Гц) в диапазоне температур от 80 до 140 ° C, а наличие механизма β-релаксации проявляется на высокой частоте.С другой стороны, в релаксационных спектрах полиэтилена при высоких температурах и низких частотах можно наблюдать только проводимость по постоянному току (явление проводимости проявляется в увеличении диэлектрических потерь при уменьшении частоты).

Диэлектрические потери ПЭТ в зависимости от температуры и частоты.

Диэлектрические потери полиэтилена низкой плотности (LDPE) в зависимости от температуры и частоты.

Измерение пробоя диэлектрика — это метод разрушающей диагностики, используемый для определения электрической прочности материалов.Это необратимое разрушительное явление для твердых изоляционных материалов. Этот тип измерения обычно основан на приложении увеличивающегося электрического поля до разрыва твердой изоляции. Измерения можно проводить с помощью тестера масла, используя дегазированное изоляционное масло, чтобы избежать пробоя. Для проведения измерений можно использовать электроды различной геометрии, например, сферические или грибовидные электроды. Важно понимать, что этот тест должен соответствовать определенным стандартам (например, стандартам ASTM D149 или IEEE Std-930), поскольку полученные результаты сильно зависят от процедуры измерения.Поле пробоя рассчитывается делением напряжения, при котором образец разрушился, на его толщину. Кумулятивная функция вероятности Вейбулла чаще всего используется для обработки экспериментальных данных. Выражение двухпараметрического распределения Вейбулла имеет вид:

P (E) = 1 − exp (- (Eα) β)

(10)

где P ( E ) представляет собой вероятность отказа, а E — экспериментальную электрическую прочность изоляции. Форм-фактор β указывает на разброс данных, а параметр масштаба α указывает на электрическое поле, для которого вероятность пробоя составляет 63.2%. Этот последний параметр обычно используется в качестве характеристической прочности материала на пробой. Оценки α и β для данной выборки могут быть рассчитаны с использованием метода взвешенной регрессии наименьших квадратов, рекомендованного IEEE Std-930, или метода максимального правдоподобия, который часто более удобен, поскольку он обычно используется в коммерческое программное обеспечение. Вероятность появления каждого измерения определяется с помощью функции ранга f (i, n), а рекомендованная в стандарте IEEE функция определяется по следующей формуле:

f (i, n) = i-0.44n + 0,25 * 100%

(11)

где n — количество протестированных выборок, а i обозначает ранг данных в порядке возрастания.

В качестве типичного примера измерения диэлектрической прочности полимерной пленки показано поведение пробоя при постоянном токе при комнатной температуре и при 100 ° C двух промышленно производимых пленок БОПП с разными молекулярными массами, обозначенными как PP-1 и PP-2. Средняя толщина двух пленок составляет 5,6 мкм со стандартным отклонением 0.1 мкм. Диэлектрическая прочность при комнатной температуре для обеих пленок с вероятностью пробоя 63,2% составляет 792 и 794 В / мкм и 633 и 607 В / мкм при 100 ° C соответственно [26].

Распределение Вейбулла пробивных напряжений при комнатной температуре и 100 ° C для двухосно ориентированной пленки PP (BOPP) [26].

В технологии, применяемой в настоящее время для производства высоковольтных и сверхвысоковольтных конденсаторов, используются последовательно соединенные катушки, образующие так называемую активную часть конденсатора, которая пропитывается синтетическим маслом, например, в процессе производства. .Как ранее объяснялось в разделе 2, диэлектрическая изоляционная система между двумя последовательными алюминиевыми полосами состоит из смеси бумаги и диэлектрической пленки, причем бумага имеет хорошую совместимость с пропитывающим маслом. Электрические характеристики пленочных конденсаторов напрямую связаны с характеристиками используемых диэлектриков.

Современные конденсаторы переменного тока обычно наматываются с использованием рулонов из двухосно ориентированного полипропилена (БОПП) в сочетании с тонкой алюминиевой фольгой. В зависимости от области применения другие полимеры, такие как полиэтилен (PE), полистирол (PS), полипропилен (PP), поликарбонат (PC), полиэтиленнафталат (PEN), полифенилсульфид (PPS), политетрафторэтилен (PTFE), имиды полиэфиров ( PEI), полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (PBT), полиэфирэфиркетон (PEEK), поливинилхлорид (PVC), поливинилиденфторид (PVDF), полиимиды (PI), полиамиды (PA) и полиметилметакрилат (PMMA). , 11,27,28,29].

Три ключевых диэлектрических свойства, необходимых при выборе хорошего материала пленки для конденсатора, — это диэлектрическая проницаемость или относительная диэлектрическая проницаемость, коэффициент рассеяния и прочность на пробой [29].

Основным недостатком использования полимерных диэлектрических материалов является их относительно низкая диэлектрическая проницаемость (кроме ПВДФ, другие обычно <3), что объясняет их низкую плотность энергии. Использование нанокомпозитов в процессе производства полимеров улучшает плотность энергии в технологиях суперконденсаторов [30].

Для высокотемпературных применений тепловые свойства и то, как они поддерживаются при более высоких температурах, также имеют решающее значение. Полимерные диэлектрики, которые в настоящее время используются в конденсаторах для высокотемпературных применений, включают политетрафторэтилен (PTFE), поликарбонат (PC), полиэтилентерефталат (PET), поли (фениленсульфид) (PPS), поли (этилен 2,6-нафталат) и полипропилен (ПП):

  • Политетрафторэтилен (ПТФЭ) термически стабилен до 260 ° C и имеет низкую диэлектрическую проницаемость, близкую к 2.0 и очень низкий коэффициент рассеяния (DF) менее 2 × 10 -4 от 60 Гц до 3 ГГц, поскольку это неполярный материал. Он используется в приложениях, где максимальная температура близка к 200 ° C и где требуются низкие потери. Температура плавления кристаллов составляет 327 ° C;

  • Поликарбонат (ПК) может использоваться в конденсаторах при температуре до 125 ° C. Его диэлектрическая постоянная составляет около 3, и он имеет низкий DF менее 0,001 при 1 кГц от 25 до 125 ° C. Его максимальная рабочая температура составляет 125 ° C, а температура стеклования (Tg) составляет 150 ° C;

  • Поли (этилентерефталат) (ПЭТ) может быть произведен с толщиной всего около 0.5 мкм. При такой толщине его диэлектрическая прочность составляет около 500 МВ / м. Его диэлектрическая проницаемость и диапазон рабочих температур аналогичны поликарбонату, а его Tg составляет от 70 до 80 ° C;

  • Поли (фениленсульфид) (ПФС) представляет собой полукристаллический полимер с кристалличностью 60–65% и температурой плавления кристаллов 285 ° C. Его можно использовать при температуре до 150 ° C, а его Tg составляет 85 ° C;

  • Поли (этилен 2,6-нафталат) (PEN) имеет те же сложноэфирные функциональные группы, что и ПЭТ, и аналогичные термические и диэлектрические характеристики, что и ПЭТ.Его Tg составляет 125 ° C;

  • Полипропилен (ПП) — это наиболее широко используемая пленка для высоковольтных и высокочастотных приложений. Его можно изготавливать с толщиной до 1,6 мкм. Это неполярный материал с диэлектрической проницаемостью около 2,2 и очень низким значением DF 10 -4 , которое практически не зависит от частоты в течение нескольких десятилетий при температурах ниже 100 ° C. В виде тонких пленок он имеет диэлектрическую прочность ~ 700 В / мкм [31]. Его теплопроводность в аморфной форме меньше 0.2 Вт / (м · К) и менее 0,3 Вт / (м · К) в полукристаллической неориентированной форме. Его теплопроводность в двухосно ориентированной форме составляет 0,6 Вт / (м · К), а максимальная рабочая температура составляет 105 ° C [29];

Полимеры, такие как флуорениловый полиэфир (FPE), полибензобистиазол (PBT), полибензоксазол (PBO), полихинолин (PQ), полибензимидазол (PBI), поли (п-ксилилен) (PPX), перфторалкокси (PFA) 4-метил-1-пентен) (PMP) также используются в конденсаторах, требующих еще более высокой термостойкости [29];

  • Флуорениловый полиэфир (FPE) имеет температуру стеклования Tg 335 ° C и диэлектрическую проницаемость 3.5 при 25 ° C с уменьшением на 5% при 300 ° C. Он имеет коэффициент рассеяния (DF) менее 0,003 в диапазоне от 100 Гц до 10 кГц и работает в диапазоне от 100 до 250 ° C. Конденсаторы, изготовленные из этого типа полимера, показали DF 0,01 при 200 ° C и прочность на пробой 190 МВ / м при 200 ° C и 90 МВ / м при 250 ° C;

  • PBO начинает разлагаться при температуре около 600 ° C. Его диэлектрическая проницаемость на частоте 1 кГц составляет 2,8, и он работает от -55 до 300 ° C. PBO имеет значения DF 10 −3 при 50 ° C и 10 −2 при 250 ° C;

  • Полихинолин (PQ) имеет диапазон Tg от 300 до 400 ° C.Диэлектрические постоянные PBT и PQ на частоте 1 кГц составляют 2,9 и 3,2 соответственно. Они работают от −55 до 300 ° C. PBT и PQ демонстрируют DF около 0,01% при 25 ° C и частоте 10 кГц. При высоких температурах DF увеличивается на 0,1% для PBT и на 1% для PQ при 250 ° C;

  • Полибензимидазол (PBI) имеет Tg 435 ° C. Диэлектрическая проницаемость и DF при 22 ° C его производного полимера поли (2,2′-м-фенилен-5,5′-бибензимидазола) (mPBI) составляют 3,4 и 0,02, соответственно, от 60 до 100 кГц.Диэлектрическая проницаемость близка к 3,5 при 200 ° C и 11 при 300 ° C, в то время как DF близка к 0,5 при 300 ° C и 60 Гц;

  • Поли (п-ксилилен) (PPX) — термостойкий полимер. Его часто используют в качестве покрытия на печатных платах. Его получают в результате парофазной полимеризации бирадикальных мономеров пара-ксилилена (полученного пиролизом сублимированного 2,2-парациклофана с температурой плавления (Tm) 420 ° C). Диэлектрическая проницаемость и DF парилена-N близки к 2,7 и 0.0015 при 22 ° C, соответственно, в диапазоне частот от 60 до 100 МГц. Его DF составляет 0,015 при 200 ° C и 60 Гц;

  • Перфторалкокси (PFA) представляет собой сополимер тетрафторэтилена и перфторалкилвиниловых эфиров. Он имеет температуру плавления 305 ° C и диэлектрическую проницаемость 2,1 при 22 ° C и частоте 60 Гц. Его значения DF составляют 0,0001 при 60 Гц и 0,001 при 100 МГц при температуре 22 ° C. Поли (4-метил-1-пентен) (PMP) имеет температуру плавления 233 ° C. Его диэлектрическая проницаемость близка к 2.2 при 200 ° C, с DF менее 0,0001 при 1 кГц и 10 кГц. Его использование ограничено из-за невозможности изготовления тонкой пленки толщиной 10 мкм для конденсаторных приложений [29].

обобщает термические и диэлектрические свойства наиболее часто используемых пленок в высоковольтных конденсаторах.

Таблица 5

Сводка общих характеристик обычных диэлектрических полимерных пленок [8,12,14,17,18,27,28,29,32,33,34,35,36,37,38,39,40, 41,42,43].

Поликарбон (поликарбонат) 20028 Полиэфир 5 Низкий коэффициент рассеяния
Полимерная пленка Диэлектрическая постоянная Приблизительная прочность на пробой (МВ / м) *** Коэффициент диссипации ионов при 1 кГц (%) Рабочая температура (° C) Температура выдержки (° C)
Полипропилен (ПП) 2.2 640 0,02 от −55 до 105 178
Полиэстер (ПЭТ) 3,3 570 0,5 от −55 до 125 254 2,8 528 <0,15 от −55 до 125 288–316
Полифениленсульфид (ПФС) 3 550 0,05
Поливинилидендифторид (ПВДФ) 12 590 <1.8 125 167–172
Полиэтилен-нафталат
(PEN)
3 400 0,4 от −55 до 137 266
550 при 22 ° C 0,5 125 255
ПТФЭ
(тефлон)
2,1 296 0,05 296 0,05 260 327 200 0,06 85 240
Полиэтилен (PE) 2,3 500 (LDPE *) <10 -2 70 (LDPE *) HDPE4 * * (135)
LDPE * (110–115)
Поливинилхлорид (ПВХ) 4
5,3 (с долей пластификатора от 20 до 25%)
Напряженность рабочего поля ниже 3 кВ / мм От 30 до 50 (с долей флексибилизатора от 20 до 25%) 60 от 100 до 260
Полиимиды (PI) 2.88–3,48 22–27,6 0,01–0,03
(при 1 Гц)
145–250 (максимальная температура) 250–300
Имиды полиамидов (PAI) 4,5 (PAI 1) > 85 (PAI 1) <0,01 (PAI 1) > 200 (PAI 1)
Полисульфоны (PSU)
Полиэфирсульфоны (PES)
низкая диэлектрическая проницаемость высокая диэлектрическая прочность до 150 и 200
высокая температура и отличная низкая воспламеняемость
PSU: 400
PES: 340 до 390
Полиамиды (PA) 7 (PA 6)
4.5 (PA 12)
PA6: 24-30 300 (PA 6)
50 (PA 12)
75 (PA 6)
65 (PA 12)
220 (PA 6)
178 (PA 6 )

Для производства суперконденсаторов в настоящее время используются полимеры, среди которых полианилин (PAn), полипирол (PPY), политиофен (PTh) и поли (п-фениленвинилен) (PPV). Учитывая, что характеристики суперконденсаторов зависят от взаимодействия материалов, используемых при их производстве (сочетание материала электрода и типа электролита определяет тепловые и электрические свойства этих конденсаторов), эти проводящие полимеры должны иметь высокую электропроводность. , низкая стоимость по сравнению с оксидами металлов, высокая скорость заряда-разряда и высокая емкость, а также экологичность.Их недостатки в том, что они обладают плохой механической стабильностью и обладают высокой проводимостью. Углерод — самый экономичный материал для изготовления суперконденсаторов. Активированный уголь (преобразованный водными дисперсиями полистирола, этилена, сополимеров акриловой кислоты) является наиболее часто используемым углеродом при производстве электродов [21,22,23,24].

Сделайте свои собственные высоковольтные конденсаторы

Создайте конденсаторы, которые действительно обладают мощью для удовольствия от высокого напряжения!

Как тот, кто поставляет запчасти тем, кто экспериментирует с высоким напряжением, я получаю много писем и телефонных звонков от разочарованных строителей типа: «Можете ли вы поставить недорогой конденсатор на ХХХ микрофарад с рабочим напряжением ГГГ? Мой единственный источник хочет 249 долларов за штуку.«Иногда высокая цена оправдана; в других случаях у продавца есть только конденсаторы особой стоимости, и он купит вас за максимальную сумму.

Возможно создание собственных конденсаторов любого напряжения и емкости для хранения энергии как для переменного, так и для постоянного тока. Этот процесс включает в себя пошаговый логический подход, который мы представим здесь. Мы объясним, как спроектировать и сконструировать конденсатор, где взять материалы, соображения безопасности, советы и подсказки, а также включим несколько простых проектов.

Описание конденсатора

Конденсатор состоит из двух или более пластин из проводящего материала, разделенных изолирующим веществом, называемым диэлектриком. Диэлектрик может быть твердым, гелевым, жидким или газообразным. Способность конденсатора накапливать энергию измеряется в микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ) или пикофарадах (пФ). Микро означает одну миллионную, нано — одну миллиардную, а пико — одну триллионную (также используются фарады, но при работе с высоким напряжением они являются непрактично большими единицами).На емкость влияют несколько факторов. Формула для определения емкости:

C = (0,224KA / день) (n-1)

, где C — емкость в пикофарадах, K — постоянная, которая зависит от изолятора (или диэлектрика) между пластинами (называемая диэлектрической проницаемостью), A — площадь одной проводящей пластины в квадратных дюймах, d — расстояние между соседними пластинами. тарелок в дюймах, а n — количество тарелок. Как известно, разные изоляторы имеют разную диэлектрическую проницаемость.В таблице 1 показаны значения K для некоторых распространенных материалов и пиковое напряжение, которое они могут выдерживать на 1/1000 дюймов (называемых милами) толщины. Это значение называется напряжением пробоя или пробоя.

ВНИМАНИЕ !! Эта статья касается и затрагивает предмет и использование материалов и веществ, которые могут быть опасными для здоровья и жизни. Не пытайтесь реализовать или использовать информацию, содержащуюся здесь, если у вас нет опыта и знаний в отношении такого предмета, материалов и веществ.Ни издатель, ни автор не делают никаких заявлений относительно полноты или точности информации, содержащейся в данном документе, и отказываются от какой-либо ответственности за ущерб или травмы, вызванные или возникшие в результате отсутствия полноты, неточности информации, неправильного толкования указаний. , неправильное использование информации или иное.

Таблица 1 — Диэлектрические постоянные и напряжения пробоя

Изолятор Диэлектрическая
Постоянная

Напряжение прокола
на 0.001 дюйм

Банкноты
Воздух 1,0 30 1
Оконное стекло 7,8 200
Полиэтилен 2,3 450
Бумага (высокосортная) 3,0 200
Поликарбонат (Lexan) 2.96 400
Тефлон 2,1 1000
Полистирол 2,6 500
Монтажная плата из эпоксидной смолы 5,2 700 2, 3
Пирекс 4,8 335
Оргстекло 2.8 450
ПВХ (жесткая лента) 2,95 725
Силикон RTV 3,6 550
Полиэтилентерфталат (майлар) 3,0 7500
Нейлон 3,2 407 4
Минеральное масло, Squibb 2.7 200 2, 5
Шеллак 3,3 200
Примечания: Все измерения на частоте 1 МГц, если не указано иное.
1 Проверено сухим воздухом.
2 Проверено при 300 Гц с помощью мультиметра Healthkit IM-2320 и самодельного конденсатора.
3 Оценка, не основанная на опыте.
4 Наименьшее значение из 3-х типов
5 Оценка. Наверное, выше.Зазор 0,040 дюйма выдерживал напряжение более 10 000 вольт постоянного тока перед пробоем в одном испытании.

Диэлектрики

Чем лучше изолирующие свойства диэлектрика, тем выше его сопротивление и тем меньше потери на утечку диэлектрика. В источниках питания низкого тока и высокого напряжения сведение к минимуму всех источников потерь важно для предотвращения чрезмерной нагрузки источника питания. По этой причине пластик — лучший материал для конденсаторов большой емкости. В серьезном проекте должен быть задействован один из пластиков.

В частности, лексан

, полистирол и оргстекло легко склеиваются, и его можно разрезать настольной пилой с использованием пластикового лезвия или универсального режущего лезвия, пропитанного карборундом, например Zippity-Do (что дешевле). Также подойдет сабельная пила с очень грубым полотном по дереву (другие типы лезвий забиваются или сколы). Такие пластмассы можно просверлить с помощью сверл из высококачественной стали или специальных пластмассовых сверл. Их необходимо сверлить со скоростью 300 об / мин или медленнее, чтобы предотвратить скалывание и плавление, и обязательно оставляйте защитную пленку или бумагу на пластике при работе с ним.

С майларом, полиэтиленом, нейлоном и особенно тефлоном трудно работать, так как они очень скользкие. Лучший способ прикрепить пластины к любому из этих материалов — использовать клей, специально разработанный для этого материала. Поливинилхлорид (или просто ПВХ) в меру скользкий. Его можно приклеить с помощью ПВХ-клея или прикрепить пластины из фольги с помощью силикона RTV.

Стекло в принципе является еще лучшим диэлектриком. Он также имеет то преимущество, что его легко приклеивать с помощью силикона RTV или Krazy Glue , он легко доступен и дешев.Однако он хрупкий и может содержать примеси, которые создают токопроводящие пути для разрушающих дуг. Напротив, для ваших первых конденсаторов или двух мы предлагаем вам попробовать тип, сделанный из стекла, чтобы получить опыт, поскольку они легко сочетаются друг с другом и дешевы.

Многие промышленные конденсаторы заполнены маслом. Масло обладает чрезвычайно высоким сопротивлением, поэтому утечка незначительно увеличивается. Силиконовое трансформаторное масло — лучший жидкий изолятор, но его довольно сложно получить. С другой стороны, минеральное масло можно купить в большинстве аптек.Несмотря на то, что он имеет низкую диэлектрическую проницаемость, его можно использовать множеством простых способов для изготовления очень хороших высоковольтных конденсаторов.

Например, модный переменный конденсатор постоянного тока можно сделать, погрузив ненужный настроечный конденсатор AM-радио с подвижной пластиной в минеральное масло так, чтобы его вал и соединительные провода выходили из верхней части контейнера. Если вы хотите попробовать эту идею, убедитесь, что «холодные» пластины конденсатора (движущиеся пластины) имеют потенциал земли. Для регулировки используйте хорошую большую неметаллическую ручку.Переменный конденсатор от 100 до 365 пФ с пробивным напряжением 1 кВ постоянного тока (, т. Е. , расстояние между пластинами 1 мм) превращается в блок от 270 до 985 пФ с номиналом пробоя 7500 В постоянного тока. Попробуйте когда-нибудь оценить переменный конденсатор на 7500 вольт, и вы увидите преимущества этого подхода!

Минеральное масло можно использовать и в собственных конструкциях. Погружение самодельного конденсатора в минеральное масло значительно увеличит его номинальное напряжение и срок службы.

Бумага является отличным диэлектриком при пропитке минеральным маслом.Попробуйте 20 фунтов. высокосортная компьютерная бумага толщиной 4 мил. Подготовьте этот недорогой конденсатор, чередуя слои сухой бумаги с алюминиевой фольгой, а затем погрузите конденсатор в масло, пока бумага не пропитается.

Одним из недостатков использования масла в самодельных конденсаторах является то, что лента или клей, используемые для соединения сборки, должны быть маслостойкими. Силиконовый RTV — лучший клей для этих целей.

Рекомендации по проектированию

При проектировании и изготовлении собственного конденсатора следует учитывать несколько моментов.Давайте укажем на каждый из них, прежде чем переходить к деталям конструкции. Первое и самое важное, о чем нужно беспокоиться, — это безопасность. Несмотря на всю романтику высокого напряжения, бессмысленно рисковать своей жизнью. Поскольку вы, вероятно, будете работать с опасным для жизни напряжением, соблюдение всех правил техники безопасности для высокого напряжения (или ВН) является абсолютно необходимым . Для некоторых рекомендаций см. Текст в рамке, озаглавленный «Безопасность при работе с высоким напряжением».

Следующий аспект, который следует учитывать, — это емкость.Если у вас есть конкретная емкость, вы можете спроектировать конденсатор, используя информацию, предоставленную в другом месте в этой статье. Попробуйте один из дизайнов, описанных ниже. Или, возможно, вы предпочитаете экспериментировать. В любом случае, когда вы строите впервые, мы рекомендуем сначала сделать небольшой дизайн, чтобы привыкнуть к методам и причудам, прежде чем вы вкладываете много времени и денег.

Безопасность при высоком напряжении

Высоким напряжением считается любое значение, превышающее 500 вольт переменного или постоянного тока. Когда вы подключаете конденсатор к высокому напряжению, вы многократно увеличиваете его опасность.Поэтому экспериментаторы должны принимать дополнительные меры предосторожности, чтобы избежать болезненных ударов и возможного поражения электрическим током. Вот несколько рекомендаций, которым следует следовать при работе с высоким напряжением:

  • Пометьте свой проект в нескольких местах надписью «Опасно, высокое напряжение», где это необходимо. Здесь имеется предупреждающая табличка, которую вы можете скопировать (см. Рис. A). Не подпускайте детей, домашних животных и любителей любопытства к прибору. Закройте все оголенные провода, провода, соединительные клеммы и возможные точки контакта высоковольтной замазкой или крышкой из толстого прозрачного пластика.
  • Работайте в сухом месте. Работа в сыром подвале или мастерской ведет к катастрофе. Носите ботинки или кроссовки на резиновой подошве. Встаньте на толстый резиновый коврик. Рис. A. Любопытство может навредить не только кошачьим, поэтому используйте эту предупреждающую табличку на всех своих проектах с высоким напряжением, чтобы защитить неосторожных от вреда.
  • Никогда не позволяйте своему телу стать дирижером. Размещайте устройство подальше от приборов, металлических дверей и оконных рам, отопительных каналов, вентиляционных отверстий, радиаторов, раковин или водопроводных труб.Все эти предметы могут стать смертельной землей, если ваше тело окажется между ними и высоким напряжением.
  • Всегда вынимайте вилку из розетки при работе с высоковольтной цепью, если вам не нужно ее проверять. При тестировании цепи под напряжением соблюдайте максимальную осторожность. Держите одну руку в кармане. Используйте зажимные измерительные провода, номинальное напряжение которых в два раза превышает напряжение цепи под напряжением. По возможности используйте высоковольтный зонд — его изолирующая ручка защитит вас.
  • Используйте неоновые лампы NE-2 для индикации высокого напряжения под напряжением или накопления.Перед выполнением регулировок сбросьте заряд конденсаторов с помощью силового резистора.
  • Соответствующая вентиляция должна быть предусмотрена для контуров, которые производят большое количество озона, таких как лестницы Иакова или катушки Тесла.

Также необходимо учитывать напряжение, которое будет приложено к конденсатору. Это повлияет на ваш выбор диэлектрика и, следовательно, на его требуемую толщину. Использование диэлектрика несоответствующей толщины или толщины может привести к искрам или дуге.Искра — это временный пробой, который выдерживают многие конденсаторы, но дуга серьезна: это путь, прожигающий диэлектрик или другой компонент. Дуга обугливает материалы, образуя канал с высокой проводимостью, который часто делает прибор бесполезным и, скорее всего, опасным. За исключением особых случаев, когда изолятор является самовосстанавливающимся (например, воздух, масло и некоторые пластмассы), одиночная дуга разрушит конденсатор.

Чтобы компенсировать примеси, которые часто появляются в материалах, которые не являются высокоочищенными для использования в конденсаторах, мы должны добавить запас прочности к толщине диэлектрика.В случае с DC хорошим практическим правилом является маржа в 50%. Например, вам нужен конденсатор постоянного тока на 500 В из полистирола. Обращаясь к Таблице 1, обратите внимание, что пробой полистирола составляет 500 вольт на мил, поэтому требуется 1 мил. Добавление 50% дает 1,5 мил, что достаточно для чистого постоянного тока. Вы всегда можете использовать более толстый диэлектрик, если это целесообразно, при условии, что вы отрегулируете количество пластин или их размер, чтобы обеспечить более широкое расстояние между пластинами. Следует отметить, что при изготовлении бумажного конденсатора следует использовать нормальный запас прочности, поскольку бумага не всегда бывает однородной по толщине.

По сравнению с переменным током, постоянный ток оказывает сравнительно небольшую нагрузку на конденсатор. Напротив, переменный ток меняет полярность диэлектриков каждый цикл. Таким образом, диэлектрик в конденсаторе переменного тока должен иметь в два раза большую толщину, чем требуется в эквивалентном конденсаторе постоянного тока. Кроме того, при рассмотрении диэлектриков в приложениях переменного тока вы должны иметь дело с пиковым напряжением — а не среднеквадратичным ( среднеквадратичное значение квадратов), которому они будут подвергаться. Если вы хотите преобразовать среднеквадратичное значение напряжения в эквивалентное ему пиковое значение синусоиды, умножьте его на 1.414.

Итак, чтобы приблизительно рассчитать надлежащее номинальное напряжение, необходимое для конденсатора переменного тока, вы сначала удваиваете его требуемое среднеквадратичное значение напряжения, а затем умножаете на 1,414. Чтобы еще больше упростить этот расчет, все, что нужно сделать, это умножить рассматриваемое переменное напряжение (среднеквадратичное) на 2,828. Теперь разделите напряжение на номинальное напряжение прокола, чтобы получить предварительное значение толщины. Наконец, вы должны добавить запас прочности от 50% до 100%. Фактический процент зависит от характеристик приложенного переменного напряжения.Для чисто синусоидального переменного тока мы предлагаем запас прочности 50%, тогда как высокочастотные несинусоидальные приложения, такие как катушки Тесла, требуют полной 100% дополнительной толщины.

Если таковой имеется, оснастите осциллограф высоковольтным пробником, чтобы визуально наблюдать, что именно делает схема, чтобы вы могли определить надлежащий запас прочности. Осциллограф также позволит вам обнаруживать деструктивные скачки напряжения и наложенный переменный ток (также называемый пульсацией переменного тока), чтобы вы могли сконструировать конденсатор для обработки этих вредных скачков.

Конечно, физические размеры, вес и хрупкость также являются важными характеристиками конструкции конденсатора. Если у вас есть ограничения по размеру, майлар — лучший диэлектрический материал для использования, так как он имеет очень высокое напряжение прокола на мил, что делает конденсатор очень компактным. Пластмассы легкие, поэтому большинство конденсаторов будут весить менее десяти фунтов. Самый прочный пластик — это лексан, который сложно взломать даже молотком и часто используется для изготовления антивандальных окон. Стекло — худший материал для легкого и прочного конденсатора, и при подъеме оно может даже треснуть под собственным весом.Учитывайте все это при выборе материалов.

Конечно, перед сборкой конденсатора также следует учитывать общие затраты на рабочую силу и материалы. Заранее рассчитайте стоимость ваших материалов. Бумага и полиэтилен самые дешевые. Стекло — следующая более высокая цена. Время работы примерно такое же с конденсаторами из оргстекла, лексана и листового стекла. Экзотические пластмассы, такие как тефлон, не нужны, если только ваше приложение не требует экстремальной стойкости к химическому и термическому износу.Полиэтилен обладает отличной химической стойкостью, но постепенно разрушается под воздействием газообразного озона (всегда присутствующего при высоком напряжении), становясь хрупким и менее устойчивым к пробоям дуги.

Это подводит нас к другому важному вопросу: сроку службы конденсатора. Чтобы продлить срок службы конденсатора, поддерживайте рабочее напряжение на уровне или ниже номинального значения как для постоянного, так и для переменного тока. Мы обнаружили, что зарядка конденсатора не более чем на 70% от рабочего напряжения привела к удивительному 10-кратному увеличению срока службы одного типа конденсатора промышленного назначения.Кроме того, для конденсаторов постоянного тока следите за перепадами напряжения. Если ваша система имеет большую индуктивность, всегда возникают обратные колебания напряжения. Увеличьте запас прочности, если в цепи много индуктивности. Кроме того, температура должна быть ниже 120 ° F. Как упоминалось ранее, следите за наложением переменного тока, скачками напряжения и звонком. Эти типы волн переменного тока могут значительно сократить срок службы. Катушки Тесла имеют пресловутый звон. Повторяю: если возможно, воспользуйтесь осциллографом для визуального анализа вашей схемы.Часто силовой резистор, вставленный на пути тока к конденсатору, гасит звон. С учетом этих критериев, давайте рассмотрим некоторые проблемы, которые должны предотвратить ваши методы проектирования и строительства.

Признаки неисправности

Ваши методы сборки должны быть направлены на минимизацию вероятности нескольких возможных проблем. К счастью, все они могут быть предотвращены, по крайней мере частично, путем использования большого количества изоляционного материала, такого как No-arc или Corona Dope, и / или шпатлевки высокого напряжения на всех открытых участках.Также рекомендуется использовать пластиковый футляр для размещения устройства (подробнее об этом позже).

Тем не менее, вы должны знать, какие проблемы предотвращает изоляция. Первой проблемой, которую устраняет изоляция, является возможность поражения электрическим током.

Изоляция также сводит к минимуму образование озона — газа, который образуется, когда высокое напряжение заставляет три атома кислорода соединяться вместе. Озон имеет терпкий сладкий «электрический» запах и в 100 раз ядовитее угарного газа. Остерегайтесь: он быстро вызывает головную боль, тошноту, рвоту и респираторное раздражение.Помимо изоляции всех открытых участков высокого напряжения, вам также следует использовать оборудование с хорошей вентиляцией, если оно выделяет озон.

Утечка короны тесно связана с образованием озона. Он создается за счет того, что заряд вынимается из сильно заряженного объекта по воздуху. Обычно при этом образуется озон. Однако иногда устройство (например, генератор Ван де Граафа) конструируется специально для отображения коронного разряда, и его изоляция нарушает эту цель. В таких случаях хорошая вентиляция — единственное практическое средство предотвращения опасности.

Озон также может образовываться за счет дуги, которая может возникать где угодно. Однако производство озона — не самая большая опасность возникновения дуги. При напряжении 50 кВ между неизолированным контактом и вашим телом может возникнуть искра, если вы приблизитесь к контакту на расстояние менее 2 дюймов. Дуга обычно принимает две формы: непосредственно через диэлектрик конденсатора (как упоминалось ранее) или через края пластин конденсатора к соседней пластине. Щелчок указывает на наличие дуги, поэтому держите уши открытыми.

Дуга от краев пластины конденсатора или в любом месте, где форма проводника резко меняется (например, кончик гвоздя), называется точечным разрядом. Его легко наблюдать в темной комнате при очень высоких напряжениях. Видны маленькие ярко-синие точки, утекающие электроны в воздух, сопровождаемые шипением и обильным образованием озона.

Еще раз, изоляция и надлежащая вентиляция являются правильными решениями всех этих проблем, и есть некоторые специальные методы для изоляции ваших конденсаторов и иного повышения безопасности ваших высоковольтных проектов.А теперь перейдем к ним.

Требования к конструкции

Ключевым элементом хорошей сборки является надлежащий футляр. Корпус конденсатора должен защищать его от влаги, грязи и случайного разряда. Пластиковые корпуса для сухих конденсаторов легко изготовить из акриловых листов, приклеенных по всем углам силиконовым герметиком RTV. Маслостойкие корпуса могут быть изготовлены для погруженных моделей, но вам нужно будет обработать пластик на уплотнительных краях наждачной бумагой и использовать как склеивающее покрытие, так и второе клеевое покрытие галтеля для водонепроницаемого уплотнения.Металлические корпуса можно сделать из печатных плат, вырезанных на ножницах или большом резаке для бумаги и припаянных по краям. Также хорошо подойдет медная кровля (продается в строительных магазинах). Однако при использовании металла всегда остерегайтесь загрязнения канифолью, припоями и прочей грязью, которая может закоротить пластины или иным образом снизить эффективность.

Независимо от того, является ли конденсатор закрытым или открытым, пути разряда должны быть достаточно широкими, чтобы избежать дуги на корпусе, соседних пластинах, клеммах, соединениях или компонентах.Это особенно важно в ситуациях, когда проводники необходимо оставить неизолированными. Обратите внимание, что расстояние от каждой пластины до края диэлектрика должно быть достаточно широким, чтобы искра не «поползла» по краю одной пластины к другой.

Силовые провода должны выдерживать полное напряжение заряда плюс запас прочности не менее 50%. Анодный провод телевизора, рассчитанный на напряжение до 40 кВ постоянного тока, дает отличные выводы. Виниловые трубки или шланг для воздуха в аквариуме могут быть перемотаны, что приведет к увеличению их номинального напряжения.

Убедитесь, что пластины надежно закреплены, иначе они будут сдвигаться или издавать шумный дребезжащий звук при использовании с переменным током. Приклейте или сожмите сборку, чтобы надежно закрепить ее. Что касается монтажа, имейте в виду, что клеи, которые высыхают в результате испарения летучих химикатов, могут не схватиться должным образом, если они «закопаны» внутри сборки вдали от воздуха, и, таким образом, могут стать причиной возгорания.

Свернутые конденсаторы можно надежно удерживать, плотно обернув чередующиеся слои фольги и изолятора вокруг изолирующей оправки, а затем заклеив прозрачной лентой из ПВХ.При необходимости нанесите на концы силикон RTV. Это устранит вспышку торцевой дуги и потерю коронного разряда. В качестве альтернативы, хотя парафин и является несколько хрупким, он (с пробивным напряжением 250 вольт / мил) является отличным изолятором для концов скрученных конденсаторов и краев конденсаторов с плоскими пластинами. Если вы хотите использовать расплавленный парафин, нагревайте воск только в пароварке, так как при слишком высокой температуре он может загореться. Обязательно нанесите несколько слоев, давая воску затвердеть между каждым слоем.Жидкая изолента также обеспечивает отличное уплотнение концов, однако ее довольно сложно найти. Попробуйте заказать этот продукт у дистрибьюторов по почте.

Высоковольтные клеммы для ваших проектов могут быть изготовлены из пластиковых стержней, через которые просверлены отверстия для подключения соединительных проводов. Вы можете добавить сверху гайку и болт для удобства. Однако при напряжении более 3000 В постоянного тока этот метод страдает точечным разрядом. Из металлических шариков получаются хорошие выводы. Очистите их металлической щеткой или металлической мочалкой, чтобы удалить неровности. Автор использует рыболовные поплавки, покрытые алюминиевой фольгой или никелевой краской для печати до 10 кВ постоянного тока.Сначала разрежьте шпульку лезвием бритвы, снимите держатель лески и пружину и снова склейте их эпоксидной смолой.

Кроме того, во время работы содержите все материалы в чистоте. Это не только улучшит внешний вид вашей работы, но и предотвратит образование дуги и прожогов из-за загрязнений. Высокое напряжение легко отслеживается по пыли, поверхностным загрязнениям и даже маслу для пальцев (которое содержит соль). Также мы будем называть «секцию» состоящей из двух проводящих пластин с изолирующим диэлектриком между ними.

Мы надеемся, что к настоящему моменту вы хорошо понимаете принципы и методы создания собственных конденсаторов. Не забывая о безопасности, давайте поговорим о том, как создать несколько простых конденсаторов, любой из которых можно модифицировать для вашего приложения.

Конденсатор лейденской банки

Leyden Jars — один из первых типов конденсаторов, который был изобретен почти два с половиной столетия назад. Их разработка была впервые зафиксирована в 1745 году Эвальдом фон Клейстом.В 1746 году Петер ван Мушенбрук из Лейдена, Голландия, продолжил эксперименты с изобретением. Мы можем построить наши собственные модернизированные установки с широкогорлой банкой для майонеза размером в галлон. Стоимость проекта составляет всего около 2 долларов, и он рассчитан как минимум на 10 кВ постоянного тока при 2,5 нФ. Агрегаты, которые мы тестировали при 15 кВ постоянного тока, не вышли из строя; при таком напряжении конденсаторы накопили чуть менее джоуля каждый.

Рис. 1. Классическая лейденская банка — самый старый из известных нам накопительных конденсаторов. Их легко сделать, а стоимость материалов составляет всего около 2 долларов.

Сначала выберите банку без пузырей, трещин или пятен, с горлышком, достаточно большим, чтобы через него можно было легко проскользнуть рукой. Затем тщательно очистите его. Вы будете использовать алюминиевую фольгу внутри и снаружи в качестве токопроводящих пластин (см. Рис. 1). Отрежьте диск из фольги на 1 дюйм больше, чем дно банки. Теперь покройте матовую сторону фольги и внутреннее дно банки тонким ровным слоем резинового клея. Дайте обоим высохнуть в течение 10 минут и прижмите. Гладко с твердым давлением руки. Избегайте лишних морщин.Сделайте остальную часть внутренней части бутылки, за исключением верхнего дюйма, используя три или четыре куска фольги. (Легче всего делать пластину частями, а не сразу, поскольку резиновый клей «схватывается» и трудно перемещать фольгу после того, как был установлен контакт.) Теперь сделайте внешнюю пластину из фольги по частям, оставив верхний дюйм голый. Проверьте фольгу с помощью прибора для проверки целостности цепи, чтобы определить, находятся ли детали в хорошем электрическом контакте. Неконтактные участки фольги можно перекрыть полосами фольги или никелевой краской.

Для верхней крышки вырежьте два диска из прозрачного пластика, один немного меньше обода, а другой на ¼ дюйма больше обода. Склейте две детали вместе, чтобы получилась заглушка. Просверлите отверстие диаметром ¼ дюйма в центре заглушки. Вырежьте и вставьте в это отверстие металлический стержень или трубку ¼ дюйма (внешний диаметр). Прикрепите к его вершине шарик, а к его низу припаяйте проволочную или мелкозвенную цепочку. Проволока должна иметь хороший электрический контакт с фольгой. Дайте сборке высохнуть в течение дня без крышки, чтобы пары резинового клея могли рассеяться, затем закрепите крышку силиконом или Krazy Glue .

Конденсатор печатной платы.

Некоторые изящные конденсаторы с низкой индуктивностью могут быть изготовлены из кусков печатной платы с медным эпоксидным покрытием (см. Рис. 2). Для простого двухпластинчатого конденсатора можно использовать один двусторонний лист. Для нескольких секций используйте одностороннюю доску.

Рис. 2. Для односекционного конденсатора используйте одну двустороннюю печатную плату. Для нескольких секций используйте несколько односторонних досок, скрепленных вместе или скрепленных нейлоновыми винтами.

Чтобы подготовить каждую доску, начните с протравливания 1-дюймовой полосы со всех ее краев.Этот процесс можно упростить, если сначала замаскировать полоску, нанести на неизолированную медь стойкую к травлению краску, удалить малярную ленту, а затем протравить.

Очистите плату после травления и промойте деионизированной или дистиллированной водой. Тщательно просушите секции на воздухе или воспользуйтесь феном. Прикрепите полоски алюминиевой фольги к каждой пластине.

Если вы собираете многосекционный конденсатор, соедините полоски алюминиевой фольги вместе, как показано на рис. 3, и закрепите их с помощью клея или нейлоновых болтов на каждом углу.Нанесите на готовую сборку несколько слоев изоляционного материала или парафина.

Рис. 3. С этой конструкцией вы можете складывать столько пластин, сколько захотите, при условии, что к каждому выводу прикреплено равное количество пластин.

Если использовать размеры, показанные на рис. 2, и зазор между пластинами 0,060 дюйма, можно получить емкость 1,94 нФ (1940 пФ) на секцию. При выборе ширины зазора помните, что чем больше расстояние между последовательными пластинами, тем меньше вероятность возникновения дуги.Например, расстояние в 1 дюйм дает вам зазор на 30% больше, чем может прыгнуть искра 20 кВ. Изоляция еще больше увеличит этот запас.

Дизайн сложенных листов

Этот тип практически идентичен конденсатору для нашей печатной платы, но может быть рассчитан на работу со значительно большим напряжением. Вы просто заменяете листовой пластик или стеклянный диэлектрик и приклеиваете алюминиевую фольгу вместо меди для каждой секции (при необходимости см. Чертеж конденсатора печатной платы на рис. 3). В целом, эту конструкцию проще построить, поскольку она не требует травления меди, и вы можете продолжать добавлять секции к исходному прототипу, чтобы увеличить его мощность в соответствии с будущими потребностями.

При сборке большого конденсатора этого типа мы рекомендуем использовать нейлоновые болты по углам, чтобы скрепить все вместе. Перед сборкой необходимо просверлить отверстия под болты и удалить все стружки. Убедитесь, что расстояние между пластинами и краями соответствует напряжению, под которым вы будете воздействовать на конденсатор. Добавьте дополнительный интервал, если вы собираетесь использовать болты по краям.

Осторожно приклейте фольгу к верхней части первой пластины, используя небольшое количество аэрозольного клея, Krazy Glue или силикона RTV.Прижмите его и дайте высохнуть. Фотографический валик для финишной обработки удобен для разглаживания фольги. Повторите процедуру для второго листа, ориентируя язычок соединения фольги в противоположном направлении. Следите за выравниванием пластин и диэлектриков в процессе сборки. Повторите эту процедуру для любого количества разделов. Всегда оставляйте конечное количество плюсовых и минусовых пластин равным.

Поместите изолирующий лист над и под последней пластиной и закрепите узел нейлоновыми болтами. Не затягивайте слишком сильно, иначе центр сборки «прогнется».Наконец, очистите концы очень небольшим количеством изопропилового (медицинского) спирта и вытрите насухо. Нанесите слой силикона RTV по всем краям.

Roll-Up Design

Конденсатор, изображенный на рис. 4, может обеспечить большую емкость при небольшом размере. Их изготовить немного сложнее, чем конденсаторы многослойного типа, поэтому сначала вы можете попробовать несколько небольших прототипов. В дизайне используется многоуровневый подход (как показано), и мы предлагаем использовать только один раздел, поскольку сложно выровнять и обернуть несколько разделов.Напротив, отдельная секция длиной в несколько футов не слишком громоздка.

Рис. 4. Свернутый конденсатор, подобный показанному здесь, может обеспечить наибольшую емкость в минимальном пространстве. Обратите внимание, что размеры на виде сбоку были сильно преувеличены для ясности.

Алюминиевая фольга отлично подходит для этих конденсаторов. Вы обнаружите, что печь / жаровня представляет собой сверхпрочную фольгу, с которой намного проще работать, чем с обычным типом. Полиэтилен и майлар являются наиболее распространенными диэлектриками, но вы можете экспериментировать с другими материалами.

Глядя на рисунок, обратите внимание на ориентацию и форму пластин из фольги (A) и (C). Их можно легко прикрепить к диэлектрику (B) с помощью двустороннего скотча. Обратите внимание также на расстояние между краями. Наружное покрытие из диэлектрика (D) предотвратит «горячий» корпус готового конденсатора, что может быть опасно. Помня об этом, разложите фольгу на гладком листе бумаги, который, в свою очередь, следует разложить на гладкой твердой поверхности, чтобы предотвратить образование складок. Аккуратно соберите четыре слоя, как показано на рисунке.Стремитесь сделать их ровными и гладкими.

Оберните конденсатор «бутербродом» вокруг непроводящего стержня или катушки — в идеале из пластмассы или стеклянного стержня (будьте осторожны, чтобы не сломать стеклянный стержень). Старайтесь, чтобы рулет был ровным, без комочков и складок. Когда все будет свернуто, закрепите его большим количеством ленты. Для этого автор использует прозрачную упаковочную ленту. Теперь прикрепите положительный язычок из фольги (предполагается, что он предназначен для постоянного тока) на оправке с помощью ленты. Наконец, покройте открытые концы изолирующим материалом, например силиконом RTV.

Оставшийся соединительный язычок из фольги можно усилить, намотав его на небольшой металлический дюбель. Рекомендуется использовать гвоздь или отрезной кусок ⅛-дюймового прутка для припоя без покрытия. Нанесите клей, чтобы скрепить сборку.

Таблетки из фольги можно укрепить, добавив «ребра» клея из пистолета для горячего клея. Точно так же язычки можно сделать прочными на разрыв, если нанести горячий клей на место их входа в конденсатор.

Обратите внимание, что большинство проблем с этой конструкцией возникает из-за загрязняющих частиц, которые растягивают диэлектрик в тонких местах, где они захватываются плотно свернутым диэлектриком.Еще одна проблема — недостаточное расстояние между кромками, вызывающее искрение на концах. Тщательное планирование и сборка избавят от обеих головных болей.

Источники

Все типы пластмасс: United States Plastics Corporation, 1390 Neubrecht Lane, Lima, OH, 45801; Тел. 800-537-9724. Компания вносит изменения в каталог и требует минимального заказа. Пишите или звоните, чтобы узнать подробности.

Высоковольтные выпрямители и измерители: MCM Electronics, 858 E. Congress Park Dr., Centerville, OH 45459-4072; Тел.513-434-0031. Бесплатный каталог.

Листовые и формованные металлы, пластмассы и прецизионные инструменты: Small Parts, Inc., PO Box 381966, Miami, FL 33238-9980; Тел. 305-751-0856. Бесплатный каталог.

Информация, техническая помощь, высоковольтные детали и комплекты: Allegro Electronic Systems, 3 Mine Mountain Road, Cornwall Bridge. CT 06754; Тел. 203-672-0123 (с 9:00 до 12:00 по восточному стандартному времени в будние дни). Бесплатный каталог.

Роль конденсатора | Технология

Идеальный партнер для электроники

В большинстве электронных устройств используются конденсаторы, которые являются бесценной частью электронных продуктов.Конденсаторы очень популярны во многих приложениях, таких как электронные схемы, силовые цепи и блоки питания.
Конденсатор упоминается как «Большая тройка пассивных компонентов» вместе с сопротивлением и катушкой, которые составляют основу электронных схем. Пассивные компоненты — это электронная часть, которая получает энергию для потребления, хранения и поставки.

В отличие от интегральных схем (IC), у него нет активной операции, когда низкая мощность усиливается для постоянного вывода мощности. Вы также можете рассматривать конденсатор как простую деталь для приема и подачи электричества.Однако, что более важно, такие пассивные компоненты являются незаменимыми частями для точной работы активных компонентов.

Три пассивных компонента также называются LCR, что означает катушка, конденсатор и сопротивление.

Состоит из двух металлических пластин и изолятора, базовая модель конденсатора

[Рис.1] Основная структура конденсатора

Конденсатор в основном состоит из изолятора и двух металлических пластин, которые прикреплены с обеих сторон изолятора. Изоляторы не проводят ток.Изолятор, используемый для конденсаторов, называется диэлектриком. Пока электричество течет, положительные и отрицательные заряды переносятся внутри проводника.

Заряженный электричеством, поток заряда запускается, но он блокируется, поскольку между металлическими пластинами находится изолятор. Затем заряды накапливаются только на одной из двух металлических пластин. Между тем, другая металлическая пластина, прикрепленная к изолятору, имеет противоположный заряд.

Таким образом, конденсаторы имеют структуру для хранения электричества между двумя металлическими пластинами.В качестве изоляционных материалов используются газы, масла, керамика и смолы. Что касается форм металлических пластин, существует большое разнообразие типов с параллельными пластинами, пленкой, многослойной и т. Д. Количество накопленных зарядов, а также поддерживаемые частоты различаются в зависимости от типов изоляторов или конструкции конденсаторов. Итак, необходимо выбрать подходящий конденсатор, отвечающий вашим требованиям.

Значение конденсаторов

В принципе конденсаторы состоят из двух важных частей.

  1. Накопление электрического заряда (электричества)
  2. переменный ток протекает, но не постоянный ток

Подробнее о хранении электроэнергии см. В вышеупомянутой базовой конструкции конденсатора.
Поскольку электрический заряд накапливается между металлическими пластинами, передача электрического заряда прекращается, и постоянный ток перестает течь. Однако, другими словами, до тех пор, пока конденсаторы не будут полностью заряжены, даже постоянный ток может протекать в течение короткого периода времени. В случае переменного тока направление тока переключается с определенным интервалом, а затем конденсатор заряжается и разряжается.Таким образом, электричество выглядит как проходящее через конденсатор.
Соответственно, чем выше частота переменного тока, тем легче проходит через конденсаторы. Таким образом, конденсаторы играют в электронной схеме следующие три важные роли.

1) Зарядка и разрядка электрических зарядов
Конденсаторы

могут заряжаться и разряжаться благодаря своей конструкции. Конденсаторы, обладающие электрическим зарядом и разрядом, также могут использоваться в качестве источника питания. Вспышки камеры используют эту особенность конденсаторов.
Чтобы получить сильный свет, к нему должно быть немедленно приложено высокое напряжение. Между тем, такое высокое напряжение в цепи для работы камеры не требуется. Кроме того, имеется подходящая конструкция конденсатора, в которой такое высокое световое излучение обеспечивается мгновенной разрядкой электрического заряда, накопленного в конденсаторе.

2) Поддержание напряжения на прежнем уровне

Помимо вышеупомянутой особенности, конденсаторы также имеют функции для поддержания напряжения на определенном уровне.Конденсаторы полезны для уменьшения пульсации напряжения. Когда на параллельную цепь подается высокое напряжение, конденсатор заряжается, а с другой стороны, он разряжается низким напряжением.
В то время как электричество выходит переменным током, большинство электронных схем работает с постоянным током. Следовательно, переменный ток преобразуется в постоянный ток через схему выпрямителя, которая преобразует переменный ток в постоянный, но преобразованный постоянный ток представляет собой нестабильный ток с пульсациями на этой стадии. Чтобы справиться с этим, используется конденсатор для коррекции пульсаций и постоянного поддержания напряжения.

3) Удаление шума

Что касается шумоподавления, то функция конденсатора, пропускающего переменный ток, но постоянный ток, полезна для устранения шума. В общем, поскольку шум в постоянном токе является высокочастотной составляющей переменного тока, он имеет тенденцию легко проходить через конденсатор.
Путем вставки ответвленной цепи между входом и выходом формируется земля для подключения к конденсатору. После этого переменная составляющая проходит только через конденсатор, а затем постоянный ток течет в выходной цепи.

Типы конденсаторов

Алюминиевый электролитический конденсатор
Конденсатор изготовлен из алюминия и другого металла. Поскольку оксидная пленка блокирует электричество, она используется в качестве диэлектрического материала, образуя поверхность алюминия. Конденсаторы этого типа обладают большой емкостью по доступной цене. Поэтому он широко используется в качестве конденсатора большой емкости. Однако у него есть некоторые слабые места, такие как плохие частотные характеристики, больший размер, потеря диэлектрика из-за утечки жидкости.
Танталовый конденсатор
В конденсаторе в качестве анода используется тантал, а в качестве диэлектрического материала — пятиокись тантала. Он имеет относительно большую емкость и меньше по размеру, чем алюминиевый электролитический конденсатор. Кроме того, конденсатор превосходит алюминиевый конденсатор по характеристикам тока утечки, частотным характеристикам, конденсаторам и температурным характеристикам.
Электрический двухслойный конденсатор
Конденсаторы с двойным электрическим слоем имеют чрезвычайно большую емкость.Он более чем в 1000–10 000 раз превосходит алюминиевые электролитические конденсаторы, и его можно использовать повторно в течение длительного периода без ограничений, таких как количество циклов заряда / разряда. Благодаря уникальной особенности конденсатор можно использовать многократно. Конденсаторы с двойным электрическим слоем имеют электрические заряды, ориентированные на границе электролита и электрода, который называется «двойным электрическим слоем» и имеет размер одной молекулы. Слой используется в качестве диэлектрического материала конденсаторов с двойным слоем.Цена на конденсаторы с двойным электрическим слоем относительно высока по сравнению с другими.
Керамический конденсатор
Конденсаторы в основном делятся на три типа в зависимости от типа керамики, используемой в качестве диэлектрического материала: тип с низкой диэлектрической проницаемостью, тип с высокой диэлектрической проницаемостью и тип полупроводника. Основная особенность конденсатора заключается в том, что увеличение напряжения приводит к изменению его емкости. Небольшой конденсатор термостойкий, хотя он хрупкий и может быть поврежден или сломан.
Пленочный конденсатор
В этом типе пленки, такие как полиэстер и полиэтилен, используются в качестве диэлектрического материала.Полиэфирные, полипропиленовые и другие пленки помещаются между электродной фольгой с обеих сторон, и они наматываются в цилиндрическую форму. Неполярный конденсатор, который больше керамического, имеет высокое сопротивление изоляции и отсутствие электрических потерь. Он также обеспечивает высокую надежность с отличными частотными и температурными характеристиками.
Конденсатор слюдяной
В качестве диэлектрического материала конденсатора используется слюда — природный минерал. Слюда идеально подходит для конденсатора, так как обладает высокими диэлектрическими свойствами и может сниматься.Слюдяные конденсаторы обладают превосходными характеристиками, такими как сопротивление изоляции, тангенс угла диэлектрических потерь, частотные и температурные характеристики, хотя есть некоторые недостатки в том, что они дороги и имеют большой размер.
Для получения дополнительной информации о типах конденсаторов перейдите по ссылке ниже.
Типы конденсаторов. Базовые знания компонентов

Соответствующие технические знания

Мало что делают конденсаторы идеально

Почему конденсаторы?

Конденсаторы

обеспечивают огромные преимущества для производительности системы распределения.Наиболее заметно то, что конденсаторы уменьшают потери, высвобождают емкость и уменьшают падение напряжения. Давайте немного углубимся в детали.

3 вещи, которые идеально подходят конденсаторам

Потери и емкость

Отводя реактивную мощность на двигатели и другие нагрузки с низким коэффициентом мощности, конденсаторы уменьшают линейный ток. Пониженный ток освобождает емкость; та же схема может обслуживать большую нагрузку. Пониженный ток также значительно снижает потери в линии I 2 R.


Падение напряжения

Конденсаторы обеспечивают повышение напряжения , которое компенсирует часть падения напряжения, вызванного системными нагрузками.Коммутируемые конденсаторы могут регулировать напряжение в цепи.

При правильном применении и контроле конденсаторы могут значительно улучшить характеристики распределительных цепей. Но если ее не применять или не контролировать должным образом, реактивная мощность от конденсаторных батарей может привести к потерям и высоким напряжениям.

Наибольшая опасность перенапряжений возникает при небольшой нагрузке . Хорошее планирование помогает обеспечить правильную установку конденсаторов.

Более сложные контроллеры (например, двусторонние радиостанции с мониторингом) снижают риск неправильного управления конденсаторами по сравнению с простыми контроллерами (например, таймером).

Конденсаторы творит чудеса, накапливая энергию. Конденсаторы — это простые устройства: две металлические пластины, зажатые вокруг изоляционного диэлектрика. При зарядке до заданного напряжения противоположные заряды заполняют пластины по обе стороны от диэлектрика. Сильное притяжение зарядов на очень коротком расстоянии, разделяющем их, образует резервуар энергии.

Конденсаторы противостоят изменениям напряжения. Чтобы заполнить пластины зарядом, требуется время, а после зарядки требуется время, чтобы разрядить напряжение.

Винтажный столб 1963 года с батареей конденсаторов и черными фарфоровыми изоляторами (фото предоставлено Astro Powerlines через Flickr)

В системах питания переменного тока конденсаторы не хранят свою энергию очень долго — всего половина цикла . Каждый полупериод конденсатор заряжается, а затем разряжает накопленную энергию обратно в систему. Чистая передача реальной мощности равна нулю.

Конденсаторы обеспечивают питание именно тогда, когда оно необходимо реактивной нагрузке. Когда двигателю с низким коэффициентом мощности требуется питание от системы, конденсатор должен его обеспечить.Затем в следующем полупериоде двигатель высвобождает свою избыточную энергию, а конденсатор поглощает ее.

Конденсаторы и реактивные нагрузки обменивают эту реактивную мощность взад и вперед.

Это приносит пользу системе, потому что реактивная мощность (и дополнительный ток) не должна передаваться от генераторов на всем пути через множество трансформаторов и многие мили линий; конденсаторы могут обеспечивать реактивную мощность локально. Это освобождает линии для передачи реальной мощности, мощность, которая на самом деле работает .


Устранение штрафов

Высокий коэффициент мощности устраняет штрафы в долларах при работе с низким коэффициентом мощности . В течение многих лет большинство коммунальных предприятий требовали в среднем не менее 85% коэффициента мощности для каждого ежемесячного счета.

Сейчас многие из этих коммунальных услуг требуют 95%… иначе заплатят штраф !

Фактическая формулировка или формула в контракте на тариф за коммунальные услуги может указывать на требуемый коэффициент мощности, или это может относиться к выставлению счетов за киловольт-ампер, или это может относиться к выставлению счетов за киловатт с использованием множителей регулировки коэффициента мощности.Попросите представителя коммунального предприятия объяснить конкретную ставку, используемую в вашем ежемесячном счете. Это гарантирует, что вы делаете правильные шаги для получения максимальной экономии денег за счет поддержания надлежащего коэффициента мощности.


Первичные и вторичные силовые конденсаторы

Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно подключаются шунтом через линии электропередач. Они могут быть запитаны непрерывно или включаться и выключаться в зависимости от изменений нагрузки.

Два типа конденсаторов выполняют коррекцию коэффициента мощности: вторичный (низкое напряжение) и первичный (высокое напряжение).Эти конденсаторы рассчитаны на киловар .


Вторичные (низковольтные) конденсаторы

Низковольтные конденсаторы с металлизированным полипропиленовым диэлектриком доступны с номинальным напряжением от 240 до 600 В в диапазоне от 2,5 до 100 квар, трехфазный . Эти конденсаторы обычно подключаются рядом с отстающими реактивными нагрузками на вторичных линиях. Конденсаторы низкого напряжения могут либо снизить требования к кВА на близлежащих линиях и трансформаторах, либо обеспечить большую киловаттную нагрузку, не требуя линий или трансформаторов с более высокими номиналами.

Низковольтные конденсаторы (на фото: конденсаторная батарея 150 кВАр; кредит: конденсатор-banks.com)

Первичные (высоковольтные) конденсаторы

Высоковольтные конденсаторы для первичных высоковольтных линий имеют полностью пленочные диэлектрики и доступны с от 2,4 до 25 кВ номиналами в диапазоне от 50 до 400 квар . Соединяя эти конденсаторы последовательно и параллельно, можно достичь более высоких номиналов квар. Поскольку современные высоковольтные конденсаторы потребляют меньше ватт на квар, чем низковольтные конденсаторы, они могут работать более эффективно.

Высоковольтные конденсаторы для первичных высоковольтных линий (на фото: Cap Bank 115 кВ; кредит: ece.mtu.edu)

Высоковольтные конденсаторы для воздушных распределительных сетей могут быть установлены на опорах в батареях по 90 541 300 до 3600 квар практически при любом первичном напряжении до 34,5 кВ , междуфазно. Встраиваемые конденсаторы для повышения коэффициента мощности в подземных распределительных сетях доступны в том же диапазоне размеров и номинального напряжения.

Высоковольтные конденсаторы для воздушных распределительных сетей

Растущее использование электроприводов и оборудования для обслуживания зданий привело к увеличению общих силовых нагрузок, а также индуктивной квар в большинстве энергосистем.

Их желательно отменить, потому что:

  • Нагрузочная способность подстанции и трансформатора может облагаться налогом до полного теплового лимита.
  • Высокая индуктивная потребность в киловарах может вызвать чрезмерное падение напряжения.
  • Местные коммунальные предприятия взимают штрафы за коэффициент мощности.

Размер коррекции коэффициента мощности (количество квар) , который должен быть введен в систему электроснабжения, определяет метод, который будет использоваться. Если нагрузка меньше чем 500 квар , конденсаторы могут обеспечить емкостное реактивное сопротивление для компенсации индуктивного реактивного сопротивления, но если нагрузка превышает 500 квар, обычно устанавливается синхронный конденсатор.

Также, если есть большие, быстрые и случайные колебания потребления квар в течение дня, предпочтителен синхронный конденсатор. Однако, если изменения в потреблении квар незначительны и могут быть скорректированы с помощью конденсаторов, дополнительные конденсаторные батареи являются более практичным решением.


Ссылки //

Схемы сглаживания конденсаторов и расчеты »Электроника

Накопительные конденсаторы используются для сглаживания необработанной выпрямленной волны в источнике питания — важно выбрать правильный конденсатор с правильным значением и номинальным током пульсаций.


Схемы источников питания Праймер и руководство Включает:
Обзор электронных компонентов источника питания Линейный источник питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


В источнике питания, будь то линейный источник питания или импульсный источник питания, использующий источник питания переменного тока и диодные выпрямители, необработанный выпрямленный выход обычно сглаживается с помощью накопительного конденсатора перед подачей на какие-либо регуляторы или другие подобные электронная схема.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

идеально подходят для работы в качестве сглаживающих конденсаторов, поскольку многие электролитические компоненты способны обеспечивать достаточно высокую емкость и выдерживать уровень пульсаций тока, необходимый для сглаживания формы волны.

По сути, схема сглаживания заполняет основные провалы в необработанной выпрямленной форме волны, так что схема линейного регулятора или импульсного источника питания может работать правильно. Они изменяют форму волны от той, которая изменяется от нуля до пикового напряжения в течение цикла входящей формы волны мощности, и меняют ее на такую, где изменения намного меньше.По сути, они сглаживают форму волны, и отсюда и название.

Поскольку сглаживающие конденсаторы используются как в источниках питания с линейным стабилизатором, так и в импульсных источниках питания, они составляют важную часть многих из этих электронных схем.

Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором

Основы сглаживания конденсатора

Конденсаторное сглаживание используется для большинства типов источников питания, будь то линейный регулируемый источник питания, импульсный источник питания или даже просто сглаженный и нерегулируемый источник питания.

Типичный электролитический конденсатор, используемый для сглаживания

Необработанный постоянный ток, подаваемый диодным выпрямителем сам по себе, будет состоять из серии полусинусоидальных волн с напряжением, изменяющимся от нуля до √2-кратного среднеквадратичного напряжения (без учета диодных и других потерь).

Форма волны такого рода не будет использоваться для питания схем, потому что любые аналоговые схемы будут иметь огромный уровень пульсации, наложенной на выход, и любые цифровые схемы не будут работать, потому что питание будет отключаться каждые полупериод.

Конденсаторное сглаживание обеспечивает правильную работу следующих каскадов линейно регулируемого источника питания или импульсного источника питания.

Для сглаживания выхода выпрямителя используется накопительный конденсатор, размещенный на выходе счетчика параллельно с нагрузкой.

Сглаживание работает, потому что конденсатор заряжается, когда напряжение выпрямителя превышает напряжение конденсатора, а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор обеспечивает требуемый ток из своего накопленного заряда.

Таким образом, конденсатор может обеспечивать заряд, когда он недоступен от выпрямителя, и, соответственно, напряжение изменяется значительно меньше, чем если бы конденсатор отсутствовал.

Конденсаторное сглаживание не обеспечивает полной стабильности напряжения, всегда будет некоторое изменение напряжения. Фактически, чем выше емкость конденсатора, тем больше сглаживание, а также чем меньше потребляемый ток, тем лучше сглаживание.

Сглаживающее действие накопительного конденсатора

Следует помнить, что единственный путь разрядки конденсатора, помимо внутренней утечки, — это через нагрузку к выпрямителю / системе сглаживания.Диоды предотвращают обратный ток через трансформатор и т. Д.

Еще один момент, о котором следует помнить, заключается в том, что сглаживание конденсатора не дает какой-либо формы регулирования, и напряжение будет варьироваться в зависимости от нагрузки и любых изменений на входе.

Регулирование напряжения может быть обеспечено линейным регулятором или импульсным источником питания.

Емкость сглаживающего конденсатора

Выбор емкости конденсатора должен соответствовать ряду требований. В первом случае значение должно быть выбрано так, чтобы его постоянная времени была намного больше, чем временной интервал между последовательными пиками выпрямленного сигнала:

Где:
R нагрузка = общее сопротивление нагрузки для источника питания
C = значение емкости конденсатора в фарадах
f = частота пульсаций — это будет вдвое больше частоты сети, чем используется двухполупериодный выпрямитель.

Напряжение пульсации сглаживающего конденсатора

Поскольку на выходе выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, всегда будет некоторая пульсация, необходимо иметь возможность оценить приблизительное значение. Чрезмерное указание емкости конденсатора приведет к увеличению стоимости, размера и веса, а недостаточное указание приведет к снижению производительности.

Пульсации от пика до пика для выходного сигнала сглаживающего конденсатора в источнике питания (полная волна)

На приведенной выше диаграмме показаны пульсации для двухполупериодного выпрямителя со сглаживанием конденсатора.Если бы использовался полуволновой выпрямитель, то половина пиков была бы потеряна, а пульсации были бы примерно вдвое больше напряжения.

Для случаев, когда пульсация мала по сравнению с напряжением питания — что почти всегда имеет место — можно рассчитать пульсации, зная условия цепи:

Двухполупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель

Эти уравнения обеспечивают более чем достаточную точность. Хотя разряд конденсатора для чисто резистивной нагрузки является экспоненциальным, погрешность, вносимая линейным приближением, очень мала для низких значений пульсаций.

Также стоит помнить, что вход регулятора напряжения — это не чисто резистивная нагрузка, а нагрузка с постоянным током. Наконец, допуски электролитических конденсаторов, используемых для сглаживающих схем выпрямителя, велики — в лучшем случае ± 20%, и это скроет любые неточности, вносимые допущениями в уравнениях.

Пульсации тока

Две из основных характеристик конденсатора — это его емкость и рабочее напряжение. Однако для приложений, в которых может протекать большой ток, как в случае сглаживающего конденсатора выпрямителя, важен третий параметр — его максимальный ток пульсаций.

Ток пульсаций не равен току питания. Есть два сценария:

  • Ток разряда конденсатора: В цикле разряда максимальный ток, подаваемый конденсатором, возникает, когда выходной сигнал схемы выпрямителя падает до нуля. В этот момент весь ток в цепи подается конденсатором. Это равно полному току цепи.

    Пиковый ток, подаваемый конденсатором в фазе разряда

  • Ток зарядки конденсатора: В цикле зарядки сглаживающего конденсатора конденсатор должен заменить весь потерянный заряд, но этого можно добиться только тогда, когда напряжение выпрямителя превышает напряжение сглаживающего конденсатора.Это происходит только в течение короткого периода цикла. Следовательно, ток в этот период намного выше. Чем больше конденсатор, тем лучше он уменьшает пульсации и тем короче период заряда.

    Более короткое время зарядки приводит к очень большим уровням пикового тока, поскольку сглаживающий конденсатор должен поглотить достаточный заряд для периода разряда за очень короткое время.

    Период, в течение которого конденсатор источника питания заряжается

Пи-секционные сглаживающие сети

В некоторых приложениях линейный регулятор напряжения не будет использоваться, может потребоваться улучшенная форма сглаживания.Это может быть обеспечено использованием двух конденсаторов и последовательной катушки индуктивности или резистора.

Подход сглаженного источника питания используется в некоторых высоковольтных системах и в некоторых других специализированных областях, но он не так распространен, как источники питания с линейным регулированием и импульсные источники питания, которые обеспечивают гораздо лучшее регулирование и сглаживание.

Этот подход также можно увидеть во многих старинных беспроводных устройствах, где использование линейно регулируемого источника питания было невозможно.

Пи-секционный сглаживающий фильтр

Существует два варианта сглаживающей системы Пи-секции.При наличии двух конденсаторов между линией и землей последовательным элементом служила индуктивность или резистор. Катушка индуктивности стоила намного дороже и обеспечивала лучшую производительность, но резистор был гораздо более дешевым вариантом, хотя он рассеивал больше энергии.

Сглаживающие конденсаторы являются важными элементами как линейных источников питания, так и импульсных источников питания, и поэтому они широко используются.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*