простой для повторения генератор высокого напряжения / Хабр
Добрый день, уважаемые хабровчане.
Этот пост будет немного необычным.
В нём я расскажу, как сделать простой и достаточно мощный генератор высокого напряжения (280 000 вольт). За основу я взял схему Генератора Маркса. Особенность моей схемы в том, что я пересчитал её под доступные и недорогие детали. К тому же сама схема проста для повторения (у меня на её сборку ушло 15 минут), не требует настройки и запускается с первого раза. На мой взгляд намного проще чем трансформатор Теслы или умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.
Принцип работы
Сразу после включения начинают заряжаться конденсаторы. В моём случае до 35 киловольт. Как только напряжение достигнет порога пробоя одного из разрядников, конденсаторы через разрядник соединятся последовательно, что приведёт к удвоению напряжения на конденсаторах, подсоединённых к этому разряднику. Из-за этого практически мгновенно срабатывают остальные разрядники, и напряжение на конденсаторах складывается.
О деталях:
Сама схема простая, состоит из конденсаторов, резисторов и разрядников. Ещё потребуется источник питания. Так как все детали высоковольтные, возникает вопрос, где же их достать? Теперь обо всём по порядку:
1 — резисторы
Нужны резисторы на 100 кОм, 5 ватт, 50 000 вольт.
Я пробовал много заводских резисторов, но ни один не выдерживал такого напряжения — дуга пробивала поверх корпуса и ничего не работало. Тщательное загугливание дало неожиданный ответ: мастера, которые собирали генератор Маркса на напряжение более 100 000 вольт, использовали сложные жидкостные резисторы генератор Маркса на жидкостных резисторах, или же использовали очень много ступеней. Я захотел чего-то проще и сделал резисторы из дерева.
Отломал на улице две ровных веточки сырого древа (сухое ток не проводит) и включил первую ветку вместо группы резисторов справа от конденсаторов, вторую ветку вместо группы резисторов слева от конденсаторов. Получилось две веточки с множеством выводов через равные расстояния. Выводы я делал путём наматывания оголённого провода поверх веток. Как показывает опыт, такие резисторы выдерживают напряжение в десятки мегавольт (10 000 000 вольт)
2 — конденсаторы
Тут всё проще. Я взял конденсаторы, которые были самыми дешевыми на радио рынке — К15-4, 470 пкф, 30 кВ, (они же гриншиты). Их использовали в ламповых телевизорах, поэтому сейчас их можно купить на разборке или попросить бесплатно. Напряжение в 35 киловольт они выдерживают хорошо, ни один не пробило.
3 — источник питания
Собирать отдельную схему для питания моего генератора Маркса у меня просто не поднялась рука. Потому, что на днях мне соседка отдала старенький телевизор «Электрон ТЦ-451». На аноде кинескопа в цветных телевизорах используется постоянное напряжение около 27 000 вольт.
Вдоволь наигравшись с дугой, пришел к выводу, что схема в телевизоре достаточно стабильная, легко выдерживает перегрузки и в случае короткого замыкания срабатывает защита и ничего не сгорает. Схема в телевизоре имеет запас по мощности и мне удалось разогнать её с 27 до 35 киловольт. Для этого я покрутил подстроичник R2 в модуле питания телевизора так, что питание в строчной развертке поднялось с 125 до 150 вольт, что в свою очередь привело к повышению анодного напряжения до 35 киловольт. При попытке ещё больше увеличить напряжение, пробивает транзистор КТ838А в строчной развёртке телевизора, поэтому нужно не переборщить.
Процесс сборки
С помощью медной проволоки я прикрутил конденсаторы к веткам дерева. Между конденсаторами должно быть расстояние 37 мм, иначе может произойти нежелательный пробой.
Свободные концы проволоки я загнул так, чтобы между ними получилось 30 мм — это будут разрядники.Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать. Смотрите видео, где я подробно показал процесс сборки и работу генератора:
Техника безопасности
Нужно соблюдать особую осторожность, так как схема работает на постоянном напряжении и разряд даже от одного конденсатора будет скорее всего смертельным. При включении схемы нужно находиться на достаточном удалении потому, что электричество пробивает через воздух 20 см и даже более. После каждого выключения нужно обязательно разряжать все конденсаторы (даже те, что стоят в телевизоре) хорошо заземлённым проводом.
Лучше из комнаты, где будут проводиться опыты, убрать всю электронику. Разряды создают мощные электромагнитные импульсы. Телефон, клавиатура и монитор, которые показаны у меня в видео, вышли из строя и ремонту больше не подлежат! Даже в соседней комнате у меня выключился газовый котёл.
Нужно беречь слух. Шум от разрядов похож на выстрелы, потом от него звенит в ушах.
Интересные наблюдения
Первое, что ощущаешь при включении — то, как электризуется воздух в комнате. Напряженность электрического поля настолько высока, что чувствуется каждым волоском тела.
Хорошо заметен коронный разряд. Красивое голубоватое свечение вокруг деталей и проводов.
Постоянно слегка бьет током, иногда даже не поймёшь от чего: прикоснулся к двери — проскочила искра, захотел взять ножницы — стрельнуло от ножниц. В темноте заметил, что искры проскакивают между разными металлическими предметами, не связанными с генератором: в дипломате с инструментом проскакивали искорки между отвёртками, плоскогубцами, паяльником.
Лампочки загораются сами по себе, без проводов.
Озоном пахнет по всему дому, как после грозы.
Заключение
Все детали обойдутся где-то в 50 грн (5$), это старый телевизор и конденсаторы. Сейчас я разрабатываю принципиально новую схему, с целью без особых затрат получать метровые разряды.
Вы спросите: какое применение данной схемы? Отвечу, что применения есть, но обсуждать их нужно уже в другой теме.Зачем включать конденсатор между генератором и трансформатором: теория и схемы
Задаваемый многими пользователями вопрос, зачем же включать конденсатор между генератором и трансформатором блока питания (БП) обычно рассматривается с точки зрения экономии потребляемой энергии. Согласно общему правилу уменьшить ток через первичную обмотку удается различными способами, включая использование последовательно включенного резистора.
Также можно увеличить число витков в первичной катушке трансформаторного изделия. Однако наиболее простым и экономичным способом его ограничения является установка гасящего конденсатора на входе трансформатора питания (ТП).
Особенности включения и теоретическое обоснование
Специфика работы конденсатора, включенного последовательно с входом ТП, сводится к двум моментам.
Первый состоит в переходных процессах, протекающих в реактивных элементах при их мгновенном подключении к сети. Если не вникать в тонкости импульсной техники, то все эти явления следует свести к следующим особенностям коммутации электрических цепей:
- Ток в обмотке, обладающей индуктивным сопротивлением, не может изменяться скачкообразно, то есть он какое-то время будет тем же, что в момент подключения.
- Напряжение на самом конденсаторе также не может меняться скачком, и после резкого включения некоторое время имеет то же значение, что и прежде.
В момент подключения к сети конденсатор пока не заряжен и его гасящие свойства еще не проявились. Ток в первичной обмотке ТП также еще не вырос до нужного значения, вследствие чего все сетевое напряжение приложено к ней.
Важно! Особо опасен случай, когда момент коммутации (подключения) совпадает со временем действия амплитудного значения сетевого напряжения.
Из теоретических выкладок следует, что действие конденсатора проявляется в полной мере, если своевременно учесть все перечисленные выше моменты.
С другой стороны для описываемой ситуации характерны резонансные явления, происхождение которых проще понять из приведенной схемы . Из нее следует, что подключенный последовательно конденсатор вместе с индуктивностью первичной катушки образует колебательный контур.
Схема
Резонанс
При определенных условиях на входе трансформатора подключенного через конденсатор возможно явление резонанса, которое может быть объяснено следующим образом:
- И конденсатор и первичная катушка смещают фазу переменного напряжения практически одинаково, то есть на 90° (в векторном представлении она сдвигается в противоположные стороны).
- Из этого следует, что в точке соединения этих элементов как будто включен виртуальный генератор (рис.2), работающий синхронно с сетевым источником.
- Векторное наложение этих двух составляющих и приводить к резкому возрастанию амплитуды суммарного сигнала, а причиной этому является гасящий конденсатор в первичной цепи трансформатора.
Обратите внимание! Такое совпадение фаз возможно лишь в ситуации с виртуальным генератором, тогда как реальные их аналоги не приводят к описанному эффекту.
На практике характеристики колебаний задаются более мощными источниками, вынуждающими слабые автоматически подстраиваться под них. Это необычное резонансное явление в свое время было отмечено родоначальником кибернетики Н. Винером. Оно же используется для рекуперации мощности ветровых станций, существенно повышающих КПД источников альтернативной энергии.
Блок питания с трансформатором и гасящим конденсатором
Типичным примером того, как можно гасить излишки напряжения, не снижая при этом КПД модуля питания, является классический БП с балластной цепочкой (фото слева). Подключив трансформатор через конденсатор, установленный между генератором напряжения и первичной обмоткой ТП, удается обеспечить следующие преимущества:
- Уменьшаются габариты трансформатора (за счет снижения числа витков и меньших размеров магнитопровода).
- Изделие становится более компактным и легким.
- Удается реализовать щадящий режим работы обеих обмоток.
Благодаря такой схеме включения за счет резонансных явлений амплитуда напряжения на входе многократно возрастает. При этом необходимость подавать на первичную обмотку ТП полное сетевое напряжение отпадает, что приводит к существенной экономии энергии.
Дополнительная информация! Следует иметь в виду, что если включение трансформатора через конденсатор осуществлено некорректно, то из-за резонансных явлений может быть поврежден не только сам блок питания, но и подсоединенная к нему дорогостоящая нагрузка.
Именно поэтому при проектировании схем с конденсаторами в первичной цепи трансформатора необходимо принимать меры, позволяющие не допустить аварийной ситуации. Они обычно сводятся к тому, что в гасящей цепочке устанавливаются дополнительные элементы, ограничивающие размах колебаний.
Их назначение может быть представлено следующим образом:
- Конденсаторная первичная обмотка трансформатора осуществляет разделение высоковольтной и низковольтной составляющих питающей цепи.
- Резистор R2 выполняет функцию элемента, задающего ток через встречно включенные стабилитроны, ограничивающие напряжение после конденсаторного элемента.
- За счет их подсоединения параллельно обмотке трансформатора удается поддерживать потенциал в этой точке на уровне пробоя полупроводниковых элементов.
В качестве примера рассмотрим расчеты включений трансформаторов через конденсатор для двух случаев: когда к БП подключена нагрузка, а также вариант работы в режиме холостого хода (передаточный коэффициент ТП равен десяти).
Под нагрузкой
Предположим, что в нагруженном на Rн источнике питания на первичной обмотке действует определенное напряжение, не превышающее 20-ти Вольт. В этом случае приведенное к ней значение Rн составляет приблизительно десятую часть емкостного сопротивления |Xc1|, образуя делитель напряжения 10:1 (ориентировочно). Иначе результат расчета можно представить так: |Хс1|=10Rн.
При правильно рассчитанном трансформаторе ТП индуктивное сопротивление входной обмотки |XL| будет примерно в 10 раз меньше приведенного к первичной цепи Rн.
Сопротивления этих элементов взаимно компенсируются, а добротность образованного ими контура будет крайне низка. Никаких резонансных явлений в этом случае наблюдаться не будет.
Холостой ход
Совершенно другая ситуация складывается в режиме с отключенной нагрузкой (сдвиг фаз равен нулю). В этом случае выведенные выше соотношения выглядят так: |Хс1|=10Rн и |ХL|=10Rн, то есть |Xc1|=|XL| и создаются условия для возникновения резонанса напряжений. Если на вход подключать генератор с пониженным напряжением порядка 1-2 Вольта – на первичной обмотке не нагруженного ТП оно увеличится в 10 и более раз (за счет резонанса).
Важно! Если продолжать увеличивать напряжение выше 20-ти Вольт магнитный сердечник трансформатора начнет насыщаться, его индуктивность при этом уменьшается, и контур потеряет резонансные свойства.
Но если трансформаторное изделие изготовлено с большим запасом по мощности и если еще больше увеличивать входное напряжение, то резонансные явления могут достичь значительной величины.
А это приведет к существенному возрастанию его падения на конденсаторе С1, предельные параметры которого (по максимальному напряжению) придется выбирать с большим запасом.
Из проведенного анализа следует важный вывод, определяющий допустимость рабочих режимов в схемных решениях с подключаемым через конденсатор питающим трансформатором. Он заключается в следующих основных положениях:
- При подключенной нагрузке угроза перенапряжений из-за резонансных явлений в цепочке последовательно включенного конденсатора, как правило, невелика.
- В режиме холостого хода этот элемент подвергается большей опасности и если он выбран без требуемого запаса по предельному напряжению – возможен пробой обкладок конденсатора.
- При эксплуатации конструкций, построенных на основе данного схемного решения (как и в случае бестрансформаторного включения с гасящей емкостью) работа без нагрузки недопустима.
Дополнительная информация! В конкретных ситуациях для исключения негативных последствий параллельно первичной катушке устанавливаются два встречно включенных стабилитрона, рассчитанных на соответствующее напряжение пробоя.
Эти элементы выполняют чисто ограничительную функцию.
Подключение без трансформатора
В определенных условиях нагрузку к высоковольтной сети допускается включать непосредственно через конденсатор вместо трансформатора используемый в данном схемном решении.
У этого вида организации электропитания имеются свои преимущества и недостатки. Первые состоят в следующем:
- При данном способе ограничения сетевого напряжения схема преобразовательного устройства существенно упрощается.
- Снижаются его габариты и масса, а экономичность напротив – повышается.
- Такой блок питания удобен в пользовании и прост в ремонте.
Однако за все перечисленные достоинства приходится расплачиваться одним, но очень существенным недостатком, касающимся безопасности пользования этим устройством.
Важно! В отличие от трансформаторной схемы включения, при которой опасный потенциал 220 Вольт отделен от выходных цепей изолированными катушками, в данном случае налицо прямая электрическая связь.
А это чревато последствиями в виде поражения током случайно прикоснувшегося к нагрузочной цепи пользователя. Указанная опасность может возникнуть при непредвиденном пробое входного конденсатора с замыканием обкладок и попадании напряжения 220 Вольт непосредственно на выход устройства. Другим не менее неприятным последствием такой неисправности станет сгорание подключенной к БП нагрузки (а это может быть и дорогой смартфон, например).
Заключение
В заключительной части обзора отметим, что, разобравшись с тем, зачем нужен конденсатор на входе трансформатора, можно смело применять это схемное решение на практике. При этом всегда нужно помнить о тех ограничениях и особенностях подключения, которые исключат нежелательные последствия использования этого приема.
Практическое применение конденсатора для запуска двигателя
Чтобы обеспечить оптимальный запуск автомобильного мотора, используются различные устройства и механизмы, от работоспособности которых зависит его функциональность.
Одним из таковых считается генераторный узел, позволяющий в нормальном режиме функционировать мотору. Что представляет собой генераторный конденсатор для запуска двигателя, и как его проверить в домашних условиях — узнайте из этой статьи.Содержание
[ Раскрыть]
[ Скрыть]
Описание конденсатора
Конденсаторный элемент представляет собой одну из составляющих частей электросети транспортного средства. По своей конструкции конденсатор — это емкость, в состав которой входит пара электродов. Причем для нормальной работы они должны быть заизолированы между собой при помощи диэлектрика.
Принцип работы
Демонтаж конденсатора с генераторного устройства ВАЗ 2110Первостепенной функцией конденсатора является накопление электроэнергии. Соответственно, основным его параметром считается емкость — чем выше она будет, тем больше заряда сможет скопить конденсаторное устройство. На одной из установленных внутри корпуса пластин скапливается положительный заряд, а на второй — отрицательный.
При этом он должен быть идентичным положительному заряду по величине.
В тот момент, когда уровень тока на обеих пластинах будет одинаковым и достигнет максимальной отметки, устройство передаст заряд дальше по цепи. Таким образом, он сможет защитить регулятор напряжения генератора от негативного воздействия сигналов на его входе.
В целом данное устройство выполняет такие задачи:
- В цепи работы регуляторного элемента он предотвращает переход схемы в режим колебаний. Кроме того, он также позволяет предотвратить вероятность появления высокочастотных импульсных помех на работоспособность регуляторного устройства. То есть при рабочем конденсаторном устройстве исключаются любые пульсации, а также помехи, что очень важно для электросети авто в целом.
- Также этот элемент ускоряет переключение транзисторного устройства, это происходит благодаря генерированию фактически мгновенных циклов разряда и заряда. Соответственно, в конечном итоге это приводит к снижению уровня энергетически затрат транзистора, а также к понижению уровня его нагрева. Иными словами, конденсаторный элемент позволяет устранить просадки напряжения на участке цепи (автор видео — канал Dmitriy Sherstniev).
Иными словами, конденсаторный элемент позволяет устранить просадки напряжения на участке цепи (автор видео — канал Dmitriy Sherstniev).Как вы поняли, основной задачей детали является снижение помех в радиодиапазоне. Это — важное требование в современных автомобилях, поскольку конденсатор генератора позволяет обеспечить качественную работу автомагнитолы, в частности, радиоприемника. Причем неважно, в каких условиях машина передвигается.
В электродвигателях авто
Если речь идет об электродвигателе транспортного средства, то в них могут использоваться несколько видов конденсаторов — они бывают рабочими, а также пусковыми. Рабочие детали представляют собой элементы, обеспечивающие оптимальное и, что немаловажно, корректное функционирование электромотора. Что касается девайсов пускового типа, то их предназначение заключается в улучшении пусковых характеристик силового агрегата, поэтому их предназначение не менее важно.
Какие функции выполняют пусковые конденсаторы:
- более экономное использование электрических приборов и всего оборудования;
- увеличение крутящего момента силового агрегата;
- возможность работать в нормальных условиях при повышенных нагрузках в бортовой сети;
- самая главная задача — обеспечение оптимального ресурса эксплуатации самого двигателя.
Если рабочие детали функционируют при запущенном моторе, то пусковые активируются при заведении силового агрегата. Несмотря на том, что пусковые девайсы выполняют множество полезных функций, устройства рабочего типа позволяют обеспечить наиболее оптимальную работу мотора после запуска.
Фотогалерея «Автомобильные конденсаторы»
1. Конденсаторное устройство для генератора CBB61 36 2. Изделие для отечественной «десятки»Диагностика своими руками
Диагностика данного компонента осуществляется при помощи тестера — можно использовать мультиметр.
Важно, чтобы на приборе была шкала с разметкой от 1 до 10 мОм. Как вариант, для диагностики можно использовать и мегаомметр.
Если конденсаторное устройство находится в исправном состоянии, то в результате диагностики вы должны увидеть, что:
- первостепенные показания прибора, которым вы тестируете, будут равны бесконечности;
- после подключения щупов к контактам, а именно, в момент соприкосновения, параметр сопротивления будет снижаться, после чего он опять вернется к бесконечности.
Если же в ходе диагностики случилось обратное, это говорит о необходимости замены элемента. Покупая такой девайс в магазине, рекомендуем сразу же проверить его работоспособность, чтобы не купить бракованную деталь (автор видео о диагностике — канал TipS & TrickS).
На что обращать внимание при выборе?
Вкратце расскажем о том, ан какие моменты следует обратить внимание при выборе устройства:
- В первую очередь, обратите внимание на производителя. Конденсаторы сомнительного производства обычно имеют более короткий ресурс эксплуатации, в отличие от оригиналов.
- При покупке обратите внимание на метод установки, в частности, монтажа детали. Также желательно, чтобы она была оснащена защитой от замыканий.
- Если вы планируете самостоятельно установить изделие, то лучше отдать предпочтение деталям, оснащенным визуальными датчиками контроля от электросети авто. Это позволит значительно облегчить установку изделия и его использование в дальнейшем.
Конденсаторы сомнительного производства обычно имеют более короткий ресурс эксплуатации, в отличие от оригиналов.При необходимости конденсатор можно установить к схеме с любой мощностью. На сегодняшний день отечественный рынок электроники предлагает потребителям огромный ассортимент конденсаторных устройств для транспортных средств. Причем начиная от дешевых и простых по конструкции изделий, и заканчивая более дорогими и фирменными вариантами.
Загрузка …Видео «Как запустить двигатель с конденсаторами Maxwell»
Процесс запуска силового агрегата представлен на видео ниже (автор — канал Alex M).
Проверка и замена пускового конденсатора
Для чего нужен пусковой конденсатор?
Пусковой и рабочий конденсаторы служат для запуска и работы элетродвигателей работающих в однофазной сети 220 В.
Поэтому их ещё называют фазосдвигающими.
Место установки — между линией питания и пусковой обмоткой электродвигателя.
Условное обозначение конденсаторов на схемах
Графическое обозначение на схеме показано на рисунке, буквенное обозначение-С и порядковый номер по схеме.
Основные параметры конденсаторов
Ёмкость конденсатора-характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.).
Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).
Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.
Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:
- 400 В — 10000 часов
- 450 В — 5000 часов
- 500 В — 1000 часов
Проверка пускового и рабочего конденсаторов
Проверить конденсатор можно с помощью измерителя ёмкости конденсаторов, такие приборы выпускаются как отдельно, так и в составе мультиметра- универсального прибора, который может измерять много параметров. Рассмотрим проверку мультиметром.
- обесточиваем кондиционер
- разряжаем конденсатор, закоротив еговыводы
- снимаем одну из клемм (любую)
- выставляем прибор на измерение ёмкости конденсаторов
- прислоняем щупы к выводам конденсатора
- считываем с экрана значение ёмкости
У всех приборов разное обозначение режима измерения конденсаторов, основные типы ниже на картинках.
В этом мультиметре режим выбирается переключателем, его необходимо поставить в режим Fcх.Щупы включить в гнёзда с обозначением Сх.
Переключение предела измерения ёмкости ручное. Максимальное значение 100 мкФ.
У этого измерительного прибора автоматический режим, необходимо только его выбрать, как показано на картинке.
Измерительный пинцет от Mastech также автоматически измеряет ёмкость, необходимо только выбрать режим кнопкой FUNC, нажимая её, пока не появится индикация F.
Для проверки ёмкости, считываем на корпусе конденсатора её значение и ставим заведомо больший предел измерения на приборе. (Если он не автоматический)
К примеру, номинал 2,5 мкФ (μF), на приборе ставим 20 мкФ (μF).
После подсоединения щупов к выводам конденсатора ждём показаний на экране, к примеру время измерения ёмкости 40 мкФ первым прибором — менее одной секунды, вторым — более одной минуты, так что следует ждать.
Если номинал не соответствует указанному на корпусе конденсатора, то его необходимо заменить и если нужно подобрать аналог.
Замена и подбор пускового/рабочего конденсатора
Если имеется оригинальный конденсатор, то понятно, что просто-напросто необходимо поставить его на место старого и всё. Полярность не имеет значения, то есть выводы конденсатора не имеют обозначений плюс «+» и минус «-» и их можно подключить как угодно.
Категорически нельзя применять электролитические конденсаторы (узнать их можно по меньшим размерам, при той же ёмкости, и обозначению плюс и минус на корпусе). Как следствие применения — термическое разрушение. Для этих целей производители специально выпускают неполярные конденсаторы для работы в цепи переменного тока, которые имеют удобное крепление и плоские клеммы, для быстрой установки.
Если нужного номинала нет, то его можно получить параллельным соединением конденсаторов. Общая ёмкость будет равна сумме двух конденсаторов:
Собщ=С1+С2+.
..Сп
То есть, если соединить два конденсатора по 35 мкФ, получим общую ёмкость 70 мкФ, напряжение при котором они смогут работать будет соответствовать их номинальному напряжению.
Такая замена абсолютно равноценна одному конденсатору большей ёмкости.
Если во время замены перепутались провода, то правильное подключение можно посмотреть по схеме на корпусе или здесь: Схема подключения конденсатора к компрессору
Типы конденсаторов
Для запуска мощных двигателей компрессоров применяют маслонаполненные неполярные конденсаторы.
Корпус внутри заполнен маслом для хорошей передачи тепла на поверхность корпуса. Корпус обычно металлический, аллюминиевый.
Самые доступные конденсаторы такого типа CBB65.
Для запуска менее мощной нагрузки, например двигателей вентиляторов, используют сухие конденсаторы, корпус которых, обычно, пластмассовый.
Наиболее распространённые конденсаторы этого типа CBB60, CBB61.
Клеммы для удобства соединения сдвоенные или счетверённые.
Что такое конденсатор и для чего он нужен
Конденсатор – это устройство, способное накапливать электрический заряд.
Такую же функцию выполняет и аккумуляторная батарея, но в отличие от неё конденсатор может моментально отдать весь накопленный заряд.
Количество заряда, которое способен накопить конденсатор, называют «емкостью». Эта величина измеряется в фарадах.
Содержание статьи
Принцип работы конденсаторов
При подсоединении цепи к источнику электрического тока через конденсатор начинает течь электрический ток. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение – минимальное. По мере накопления устройством заряда сила тока падает до полного исчезновения, а напряжение увеличивается.
В процессе накопления заряда электроны скапливаются на одной пластинке, а положительные ионы – на другой.
Между пластинами заряд не перетекает из-за присутствия диэлектрика. Так устройство накапливает заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а конденсатор –накопителем электрического поля.
Устройство конденсаторов
Конструкции современных конденсаторов отличаются разнообразием, но можно выделить несколько типичных вариантов:
Пакетная конструкция
Используется в стеклоэмалевых, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты образованы чередующимися слоями обкладок и диэлектрика. Обкладки могут изготавливаться из фольги, а могут представлять собой слои на диэлектрических пластинах – напыленный или нанесенный вжиганием.
Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю обкладки, имеющие контакты с торцов пакета. Выводы изготавливаются из проволоки или ленточных полосок. Пакет опрессовывается, герметизируется, покрывается защитной эмалью.
Трубчатая конструкция
Такую конструкцию могут иметь высокочастотные конденсаторы.
Они представляют собой керамическую трубку с толщиной стенки 0,25 мм. На ее наружную и внутреннюю стороны способом вжигания наносится серебряный проводящий слой. Снаружи деталь обрабатывается изоляционным веществом. Внутреннюю обкладку выводят на наружный слой для присоединения к ней гибкого вывода.
Дисковая конструкция
Эта конструкция, как и трубчатая, применяется при изготовлении высокочастотных конденсаторов.
Диэлектриком в дисковых конденсаторах является керамический диск. На него вжигают серебряные обкладки, к которым подсоединены гибкие выводы.
Литая секционированная конструкция
Применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, используемых в современной аппаратуре, в том числе с интегральными микросхемами. Деталь, имеющая 2 паза, изготавливается литьем керамики. Пазы заполняют серебряной пастой, которую закрепляют методом вживания. К серебряным вставкам припаивают гибкие выводы.
Рулонная конструкция
Характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов с большой емкостью. Бумажная лента и металлическая фольга сворачиваются в рулон. В металлобумажных конденсаторах на бумажную ленту наносят металлический слой толщиной до 1 мкм.
Где используются конденсаторы
Конденсаторы применяются практически во всех современных устройствах: сабвуферах, электродвигателях, автомобилях, насосах, электроинструменте, кондиционерах, холодильниках, мобильных телефонах и т.п.
В зависимости от выполняемых функций их разделяют на общего назначения и узкоспециальные.
К конденсаторам общего назначения относятся низковольтные накопители, которые используются в большинстве видов электроаппаратуры.
К узкоспециализированным относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические ипусковые конденсаторы.
Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока
В цепях постоянного тока заряженный конденсатор образует разрыв, мешающий протеканию тока.
Если напряжение приложить к обкладкам разряженной детали, то ток потечет. При этом конденсатор будет заряжаться, сила тока падать, напряжение на обкладках повышаться. При достижении равенства напряжения на обкладках и источника электропитания течение тока прекращается.
При постоянном напряжении конденсатор удерживает заряд при включенном питании. После выключения заряд сбрасывается через нагрузки, присутствующие в цепи.
Переменный ток заряженный конденсатор тоже не пропускает. Но за один период синусоиды дважды происходит зарядка и разрядка накопителя, поэтому ток получает возможность протекать через конденсаторв периодего разрядки.
Виды и классификация конденсаторов
Конденсаторы различных типов приспособлены к разным условиям работы, направлены на выполнение определенных задач и обладают различными побочными эффектами.
Основной признак, по которому классифицируют конденсатор, – это вид диэлектрика.
Именно диэлектрический материал определяет многие характеристики конденсатора.
Электролитические конденсаторы
В электролитических конденсаторах анодом служит металлическая пластина, диэлектриком – оксидная пленка, а катодом – твердый, жидкий или гелеобразный электролит. Наличие гелеобразного электролита делает устройство полярным, то есть ток через него может протекать только в одном направлении. Представители этого семейства – алюминиевые и танталовые конденсаторы.
Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкость от 0,1 до нескольких тысяч мкФ. Обычно они применяются на звуковых частотах. Электрохимическая ячейка плотно упакована, что обеспечивает большую эффективную индуктивность, которая не позволяет использовать алюминиевые накопители на сверхвысоких частотах.
В танталовых конденсаторах катод изготавливается из диоксида марганца. Сочетание значительной площади поверхности анода и диэлектрических характеристик оксида тантала обеспечивает высокую удельную емкость (емкость в единице объема или массы диэлектрика).
Это значит, что танталовые конденсаторы гораздо компактнее алюминиевых такой же емкости.
У танталовых конденсаторов есть свои недостатки. Устройства ранних поколений грешат отказами, возможны возгорания. Они могут произойти при подаче слишком высокого пускового тока, который меняет структурное состояние диэлектрика. Дело в том, что оксид тантала в аморфном состоянии является хорошим диэлектриком. При подаче большого пускового тока оксид тантала из аморфного состояния переходит в кристаллическое и превращается в проводник. Кристаллический оксид тантала еще больше увеличивает силу тока, что и приводит к возгоранию. Современные танталовые конденсаторы производятся по передовым технологиям и практически не дают отказов, не вздуваются, не возгораются.
Пленочные и металлопленочные конденсаторы
Пленочные конденсаторы имеют диэлектрический слой из полимерной пленки, расположенный между слоями металлофольги.
Такие устройства имеют небольшую емкость (от 100 пФ до нескольких мкФ), но могут работать при высоких напряжениях – до 1000 В.
Существует целое семейство пленочных конденсаторов, но для всех видов характерны небольшие емкость и индуктивность. Благодаря малой индуктивности, эти приборы используются в высокочастотных схемах.
Основные различия между конденсаторами с разными типами пленок:
- Конденсаторы с диэлектриком в виде полипропиленовой пленки применяются в цепях, в которых предъявляются высокие требования к температурной и частотной стабильности. Они подходят для систем питания, подавления ЭМП.
- Конденсаторы с диэлектриком в виде полиэстеровой пленки обладают низкой стоимостью и способны выдерживать высокие температуры при пайке. Частотная стабильность, по сравнению с полипропиленовыми видами, ниже.
- Конденсаторы с диэлектриком из поликарбонатной и полистиреновой пленки, которые использовались в старых схемах, сегодня уже неактуальны.
Керамические конденсаторы
В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используются керамические пластины.
Керамические конденсаторы отличаются небольшой емкостью – от одного пФ до нескольких десятков мкФ.
Керамика имеет пьезоэлектрический эффект (способность диэлектрика поляризоваться под воздействием механических усилий), поэтому некоторые виды этих конденсаторов обладают микрофонным эффектом. Это нежелательное явление, при котором часть электроцепи воспринимает вибрации, как микрофон, что становится причиной помех.
Бумажные и металлобумажные конденсаторы
В качестве диэлектрика в этих конденсаторах используется бумага, часто промасленная. Устройства с промасленной бумагой отличаются большими размерами. Модели с непромасленной бумагой более компактны, но они имеют существенный недостаток – увеличивают энергопотери под воздействием влаги даже в герметичной упаковке. В последнее время эти детали используются редко.
Подробнее о видах и аналогах конденсаторов
Основные параметры конденсаторов
Емкость
Этот показатель характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд.
Емкость тем больше, чем больше площадь проводниковых обкладок и чем меньше толщина диэлектрического слоя. Также эта характеристика зависит от материала диэлектрика. На приборе указывается номинальная емкость. Реальная емкость, в зависимости от эксплуатационных условий, может отличаться от номинальной в значительных пределах. Стандартные варианты номинальной емкости – от единиц пикофарад до нескольких тысяч микрофарад. Некоторые модели могут иметь емкость в несколько десятков фарад.
Классические конденсаторы имеют положительную емкость, то есть чем больше приложенное напряжение, тем больше накопленный заряд. Но сегодня в стадии разработки находятся устройства с уникальными свойствами, которые ученые называют «антиконденсаторами». Они обладают отрицательной емкостью, то есть с ростом напряжения их заряд уменьшается, и наоборот. Внедрение таких антиконденсаторов в электронную промышленность позволит ускорить работу компьютеров и снизить риск их перегрева.
Что будет, если поставить накопитель большей/меньшей емкости, по сравнению с требуемой? Если речь идет о сглаживании пульсаций напряжения в блоках питания, то установка конденсатора с емкостью, превышающей нужную величину (в разумных пределах – до 90% от номинала), в большинстве случаев улучшает ситуацию.
Монтаж конденсатора с меньшей емкостью может ухудшить работу схемы. В других случаях возможность установки детали с параметрами, отличающимися от заданных, определяют конкретно для каждого случая.
Удельная емкость
Отношение номинальной емкости к объему (или массе) диэлектрика. Чем тоньше диэлектрический слой, тем выше удельная емкость, но тем меньше его напряжение пробоя.
Плотность энергии
Это понятие относится к электролитическим конденсаторам. Максимальная плотность характерна для больших конденсаторов, в которых масса корпуса значительно ниже, чем масса обкладок и электролита.
Номинальное напряжение
Его значение отражается на корпусе и характеризует напряжение, при котором конденсатор работает в течение срока службы с колебанием параметров в заданных пределах. Эксплуатационное напряжение не должно превышать номинальное значение. Для многих конденсаторов с повышением температуры номинальное напряжение снижается.
Полярность
К полярным относятся электролитические конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный заряды. На устройствах отечественного производства обычно ставился знак «+» у положительного электрода. На импортных приборах обозначается отрицательный электрод, возле которого стоит знак «-». Такие конденсаторы могут выполнять свои функции только при корректном подключении полярности напряжения. Этот факт объясняется химическими особенностями реакции электролита с диэлектриком.
Что будет, если перепутать полярность конденсатора? Обычно в этом случае приборы выходят из строя. Это происходит из-за химического разрушения диэлектрика, которое вызывает рост силы тока, вскипание электролита и, как следствие, вздутие корпуса и вероятный взрыв.
К группе неполярных конденсаторов относится большинство накопителей заряда. Эти детали обеспечивают корректную работу при любом порядке подключения выводов в цепь.
Паразитные параметры конденсаторов
Конденсаторы, помимо основных характеристик, имеют так называемые «паразитные параметры», которые искажают рабочие свойства колебательного контура. Их необходимо учитывать при проектировании схемы.
К таким параметрам относятся собственное сопротивление и индуктивность, которые разделяются на следующие составляющие:
- Электрическое сопротивление изоляции (r), которое определяется по формуле: r = U/Iут, в которой U – напряжение источника питания, Iут – ток утечки.
- Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR). Эта величина зависит от электрического сопротивления материала обкладок, выводов, контактов между ними, потерями в диэлектрическом слое. ЭПС возрастает с ростом частоты тока, подаваемого на накопитель. В большинстве случаев эта характеристика не принципиальна. Исключение составляют электролитические накопители, устанавливаемые в фильтрах импульсных блоков питания.
- Эквивалентная последовательная индуктивность – L. На низких частотах этот параметр, обусловленный собственной индуктивностью обкладок и выводов, не учитывается.
К паразитным параметрам также относится Vloss – незначительная величина, выражаемая в процентах, которая показывает, насколько падает напряжение сразу после прекращения зарядки конденсатора.
Обозначение конденсаторов на схеме
На чертежах конденсатор с постоянной емкостью обозначают двумя параллельными черточками — обкладками. Их подписывают буквой «C». Рядом с буквой ставят порядковый номер элемента на схеме и значение емкости в пФ или мкФ.
В конденсаторах переменной емкости параллельные черточки перечеркиваются диагональной чертой со стрелкой. Подстроечные модели обозначаются двумя параллельными линиями, перечеркнутыми диагональной чертой с черточкой на конце. На обозначении полярных конденсаторов указывается положительно заряженная обкладка.
| Обозначение по ГОСТ 2.728-74 | Описание |
| Конденсатор постоянной ёмкости | |
| Поляризованный (полярный) конденсатор | |
| Подстроечный конденсатор переменной ёмкости | |
| Варикап |
Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи
Соединение нескольких конденсаторов между собой может быть последовательным или параллельным.
Последовательное
Последовательное соединение позволяет подавать на обкладки большее напряжение, чем на отдельно стоящую деталь. Напряжение распределяется в зависимости от емкости каждого накопителя. Если емкости деталей равны, то напряжение распределяется поровну.
Получаемая емкость в такой цепи находится по формуле:
Собщ = 1/(1/С1+1/С2…+1/Сn)
Если провести вычисления, то станет понятно, что увеличение напряжения в цепи достигается существенным падением емкости.
Например, если в цепь подсоединить последовательно два конденсатора емкостью 10 мкФ, то общая емкость будет равна всего 5 мкФ.
Параллельное
Это наиболее распространенный на практике способ, позволяющий увеличить общую емкость в схеме. Параллельное соединение позволяет создать один большой конденсатор с суммарной площадью проводящих пластин. Общая емкость системы представляет собой сумму емкостей соединенных деталей.
С общ = С1+С2+…+Сn
Напряжение на всех элементах будет одинаковым.
Маркировка конденсаторов
В маркировке конденсатора, независимо от его типа, присутствуют два обязательных параметра – емкость и номинальное напряжение. Наиболее распространена цифровая маркировка, указывающая величину сопротивления. В ней используется три или четыре цифры.
Кратко суть трехфциферной маркировки: первые две цифры, находящиеся слева, указывают значение емкости в пикофарадах.
Самая правая цифра показывает, сколько нулей надо прибавить к стоящим слева цифрам. Результат получается в пикофарадах. Пример: 154 = 15х104 пФ. На конденсаторах зарубежного производства пФ обозначаются как mmf.
В кодовом обозначении с четырьмя цифрами емкость в пикофарадах обозначают первые три цифры, а четвертая указывает на количество нулей, которые требуется добавить. Например: 2353=235х103 пФ.
Для обозначения емкости также может применяться буквенно-цифровая маркировка, содержащая букву R, которая указывает место установки десятичной запятой. Например, 0R8=0,8 пФ.
На корпусе значение напряжения указывается числом, после которого ставятся буквы: V, WV (что означает «рабочее напряжение»). Если указание на допустимое напряжение отсутствует, то конденсатор может использоваться только в низковольтных цепях.
Помимо емкости и напряжения, на корпусе могут указываться и другие характеристики детали:
- Материал диэлектрика. Б – бумага, С – слюда, К – керамика.
- Степень защиты от внешних воздействий. Г – герметичное исполнение, О – опрессованный корпус.
- Конструкция. М – монолит, Б – бочонок, Д – диск, С – секционный вариант.
- Режим по току. И – импульсный, У – универсальный, Ч – только постоянный ток, П – переменный/постоянный.
Б – бумага, С – слюда, К – керамика.Как проверить работоспособность конденсатора
Для проверки конденсатора на работоспособность используют мультиметр. Прежде чем проверить накопитель, необходимо определить, какой именно прибор находится в схеме – полярный (электролитический) или неполярный.
Проверка полярного конденсатора
При проверке полярного конденсатора необходимо соблюдать правильную полярность подключения щупов: плюсовой должен быть прижат к плюсовой ножке, минусовой – к минусу. Если вы перепутаете полярность, конденсатор выйдет из строя.
После выпайки детали ее кладут на свободное пространство.
Мультиметр включают в режим измерения сопротивления («прозвонки»).
Щупами дотрагиваются до выводов прибора с соблюдением полярности. Правильная ситуация, когда на дисплее появляется первое значение, которое начинает постепенно расти. Максимальное значение, которое должно быть достигнуто для исправного устройства, – 1. Если вы только прикоснулись щупами к выводам, а на экране появилась сразу цифра 1, значит, прибор неисправен. Появление на экране «0» означает, что внутри детали произошло короткое замыкание.
Проверка неполярного конденсатора
В этом случае проверка предельно простая. Диапазон измерений выставляют на отметку 2 МОм. Щупы присоединяют к выводам конденсатора в любом порядке. Полученное значение должно превышать двойку. Если на дисплее высвечивается значение менее 2 МОм, то деталь неисправна.
Как зарядить и разрядить конденсатор
Для зарядки накопителя его подсоединяют к источнику постоянного тока.
Зарядка прекращается, когда напряжение источника питания сравнивается по величине с напряжением на обкладках.
Разрядка конденсатора может понадобиться для безопасной разборки бытовых приборов и электронных устройств. Накопители электронных устройств разряжают с помощью обычной диэлектрической отвертки. Для разрядки крупных накопителей, которые устанавливаются в бытовых приборах, необходимо собрать специальное разрядное устройство.
Была ли статья полезна?
Да
Нет
Оцените статью
Что вам не понравилось?
Другие материалы по теме
Анатолий Мельник
Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.
Руководство по ремонту генераторов ( учебное пособие)
Диоды
Диоды пропускают ток только в одном направлении. Они используются для выпрямления тока в обмотках ротора. Ток, текущий в обмотках ротора, порождает магнитное поле, необходимое для работы генератора. На рисунке 1 изображен одинарный диод.
Рисунок 1
Обозначение
Диоды защищены варистором. Варистор пропускает ток через себя, в том случае, когда высокое напряжение может спровоцировать повреждение диода. На рисунке 2 изображен варистор.
Рисунок 2
\
Обозначение
В некоторые диодные сборки входит небольшой конденсатор. Этот конденсатор подавляет электронный шум (EMC) и его можно проверить только при помощи очень чувствительного прибора. На рисунке 3 изображен конденсатор.
Рисунок 3
Обозначение
На рисунке 4 изображены две стандартные диодные сборки, которые Вы можете найти в роторах синхронных генераторов. В роторе может быть одна или две диодных сборки.
Диодная сборка без конденсатора (рисунок 4)
Обозначение (рисунок 4)
Диодная сборка с конденсатором (рисунок 4)
Обозначение (рисунок 4)
Проверка диодов
Для проверки диода, установленного в роторной обмотке, необходимо отсоединить один контакт диода от обмотки. Для этого используйте мощный паяльник с тонким жалом. Отсоедините диод от варистора и конденсатора (если имеется). Подсоедините измеритель сопротивления к диоду (рисунок 5). Следуйте инструкции на измеритель.
Рисунок 5 (Измеритель сопротивления и диод)
Альтернативой служит маленькая 12 В лампа-тестер.
Используя источник 12 В, соединить лампочку и диод в последовательную электрическую цепь. При включении диода в прямом направлении в цепи потечет ток и лампочка загорится. При включении диода в обратном направлении лампочка не должна гореть.
Рисунок 6. (Аккумулятор, лампа-тестер, диод)
Если диод неисправен, то нужно заменить диодную сборку полностью (диод, варистор, конденсатор). Новый диод должен быть подсоединен в том же направление, что и предыдущий. Все диоды помечены серебряной или красной полоской, указывающей направление. Не забудьте проверить роторную обмотку на непрерывность, прежде чем заменять диодную сборку. Если в роторе одна диодная сборка и неисправен диод, то выходное напряжение будет равно 4-18В (остаточный магнетизм). Если в роторе две диодные сборки, то при неисправности одного диода выходное напряжение будет примерно равно 170В.
Проверка варисторов
Тестирование варистора не производится, поэтому при проверке диодной сборки его рекомендуется заменить.
Проверка конденсаторов ротора
ЕМС конденсаторы не тестируются.
Диодный мост
Диодные мосты используются для преобразования переменного тока в постоянный. Они применяются в цепи зарядки аккумуляторной батареи, цепи возбуждения в сварочных генераторах постоянного тока и 3-х фазных генераторах прямого возбуждения. Диодный мост, состоящий из четырех диодов и варистора, изображен на рисунках 7 и 8.
Рисунок 7. Диодный мост
Рисунок 8.Схема диодного моста
Диодный мост защищен варистором.
Проверка диодного моста
В соответствии с рис. 9 каждый из четырех диодов тестируется по отдельности при помощи измерителя напряжения или лампы-тестера.
Если один из диодов неисправен, следует заменить диодный мост.
1. Конденсатор цепи возбуждения
Конденсаторы используются в цепи возбуждения саморегулируемых генераторов.
Конденсатор соединен с обмоткой возбуждения (рисунок 1В). Ток, который течет через конденсатор, порождает ток в обмотках ротора, который, в свою очередь, порождает магнитное поле ротора. Магнитное поле ротора индуцирует электрическое напряжение в силовых обмотках. Емкость конденсатора выбирается исходя из выходного напряжения генератора. Поэтому, при необходимости замены следует устанавливать конденсатор той же емкости.
Если конденсатор возбуждения неисправен, то генератор теряет способность поддерживать напряжение и выходное напряжение падает до 9-27В и поддерживается только остаточным магнетизмом на роторе.
Если при проверке выходного напряжения есть подозрение о неполадке конденсатора, то для теста необходимо заменить конденсатор новым с таким же или большим значением номинального напряжения. Емкость тестирующего конденсатора значения не имеет. Появление выходного напряжения (160-250В) является подтверждением неисправности конденсатора.
2.1. Проверка конденсатора
Подсоедините измерительный прибор к клеммам конденсатора. Прибору может понадобиться до 10 секунд для снятия показаний, которые должны находиться в пределах значений, указанных на конденсаторе (рисунок 1С).
3. Проверка обмоток статора
Тестирование обмотки статора производится высокоточным омметром. На рисунке 4 изображена электрическая схема для генератора EP3.0. В таблице указаны значения сопротивления статора. Значения сопротивления даны при температуре 20º С, они зависят как от температуры, так и от типа омметра, данные могут расходиться с указанными в таблице до 20%.
Основная (Силовая) обмотка
Подключите омметр к одной из розеток генератора и сделайте проверку на обрыв цепи (рис. 1). Проследите за электропроводкой от розетки до предохранителя и панели генератора. В соединительном блоке статора измерьте сопротивление между черным и белым проводом (рис. 2), а затем между коричневым и голубым проводом.
Схема показывает, что фактически проводятся измерения двух частей основной (силовой) обмотки. Бесконечное или высокое сопротивление свидетельствуют о разомкнутости цепи в обмотке статора. Низкий показатель сопротивления свидетельствует о коротком замыкании между обмотками статора.Проверьте отсутствие замыкания на корпус каждой обмотки. Сопротивление между обмотками и корпусом статора должно равняться бесконечности. Значение сопротивления, отличное от бесконечного, свидетельствует о КЗ на корпус – необходимо заменить статор.
Обмотка зарядки АКБ
В некоторых генераторах есть обмотка зарядки АКБ. Способ проверки обмотки зарядки АКБ, статора и обмотки возбуждения одинаков.
Обмотка возбуждения
Отсоединив два серых провода от конденсатора, измерьте сопротивление обмотки возбуждения на контактах (рис. 3).
Подсоедините один щуп омметра к корпусу, а второй — к обмотке возбуждения статора. Все показания, кроме бесконечности, свидетельствуют о замыкании на корпус обмотки возбуждения статора – необходимо заменить статор.
4. Проверка обмоток ротора
Для проверки обмотки ротора один контакт диодной сборки должен быть отпаян. Для этого используйте паяльник и плоскогубцы. Провода диодной сборки и провода на роторе перекручены и спаяны при производстве. Необходимо соблюдать особую осторожность при размыкании соединения, чтобы не повредить обмотку ротора и пластиковые части диодной сборки.
Как показано на рисунках 1-3, мощным паяльником с узким жалом нагрейте припой вокруг каждого соединения диодной сборки до тех пор, пока не станет возможным отсоединить отпаянные провода диодной сборки от обмотки ротора. Осторожно отсоедините отпаянные провода обмотки ротора от диодной сборки и изолируйте их от диода, варистора и EMC конденсатора.
В соответствие с рисунком 4, подсоедините измерительный прибор к обмотке ротора, предварительно отсоединив ее от диода ротора, варистора и EMC конденсатора. Измерьте сопротивление на обмотке и проверьте КЗ на корпус ротора. Замените ротор, если проверка выявила неполадки.
5. Генераторы конденсаторного возбуждения
В электростанциях Briggs&Stratton Power Products используются саморегулируемые генераторы с конденсаторным возбуждением. Генератор состоит из ротора и статора. Ротор соединен с валом отбора мощности и вращается внутри неподвижного статора, который крепится к картеру двигателя.
Как правило, статор имеет две обмотки: обмотку возбуждения и силовую обмотку. У некоторых генераторов есть дополнительная обмотка зарядки АКБ.
Процесс возбуждения (превращение ротора в магнит) осуществляется обмоткой возбуждения. Розетки соединяются с силовой обмоткой. При вращениb магнита (ротора) внутри силовой обмотки статора, вырабатывается выходное напряжение.
Постоянный ток в роторной обмотке создает магнитное поле ротора. В обмотке возбуждения создается переменный ток, который конвертируется в постоянный ток диодом ротора. При завершении работы генератора, в роторе сохраняется небольшая часть магнетизма, которая называется остаточным магнетизмом.
Конденсатор подсоединен к обмотке возбуждения. Ток, проходящий через конденсатор, индуцирует ток в обмотках ротора, определяя, таким образом, величину магнитного потока ротора и напряжение на выходе генератора.
Поиск неисправностей
Для нахождения неисправностей необходимо:
Запустить двигатель и проверить частоту вращения, при необходимости отрегулировать.
Проверить выходное напряжение непосредственно в розетке.
(Используя вольтметр, имейте в виду, что при неисправном генераторе напряжение может быть нулевым или очень низким).
ВНИМАНИЕ: Нулевое напряжение свидетельствует о разрыве цепи или о полной потере остаточного магнетизма в роторе.
Восстановление остаточного магнетизма
Проводить данную операцию только в случае нулевого напряжения на выходе электростанции и если не был найден разрыв цепи генератора и контрольной панели.
Для восстановления остаточного магнетизма нужно подать постоянный ток 12 В в силовую обмотку, подсоединив аккумулятор непосредственно к розетке. Необходимо отключить систему зажигания двигателя, отсоединив высоковольтный провод от свечи зажигания.
1. Выключить двигатель.
2. Подсоединить аккумулятор непосредственно к розетке генератора
(полярность значения не имеет).
3. Прокрутить двигатель стартером. ЗАМЕЧАНИЕ: 4 полных оборота при помощи ручного стартера или примерно 3-4 секунды при помощи электрического стартера.
4. Отсоединить аккумулятор.
5. Подсоединить высоковольтный провод к свече зажигания.
6. Запустить двигатель и проверить выходное напряжение.
7. Если остаточный магнетизм восстановлен, то выходное напряжение будет
230 В.
Альтернативный способ
Если небольшая часть магнетизма сохранилась в роторе, то восстановить выходное напряжение можно, немного увеличив частоту вращения. При этом важно не превысить максимально допустимое число оборотов.
1. Запустить и прогреть двигатель.
2. Тягой управления дросселем медленно увеличить число оборотов в минуту до 3600, на 5 секунд.
3. Дать возможность двигателю восстановить обороты и снова проверить выходное напряжение в розетке.
6. Генераторы прямого возбуждения серии ER-R с регулятором напряжения AVR
Генераторы Sincro серии ER-R прямого возбуждения, используемые на электростанциях Briggs&Stratton Power Products, оснащены автоматическим регулятором напряжения (AVR).
Генератор состоит из ротора и статора. Ротор соединен с валом отбора мощности двигателя и вращается внутри неподвижного статора, который прикреплен к картеру двигателя. Статор имеет две обмотки: обмотку возбуждения и силовую обмотку. Процесс возбуждения (превращение ротора в магнит) осуществляется обмоткой возбуждения. Розетки соединяются с силовой обмоткой. При вращение магнита (ротора) внутри силовой обмотки статора, вырабатывается выходное напряжение.
Магнитное поле ротора создается постоянным током в роторной обмотке. В обмотке возбуждения статора возникает переменный ток. Переменный ток из обмотки возбуждения попадает в обмотки ротора через регулятор напряжения и контактные кольца.
Регулятор напряжения выпрямляет переменный электрический ток в постоянный. При завершении работы генератора в роторе сохраняется небольшая часть магнетизма, которая называется остаточным магнетизмом.
Автоматический регулятор напряжения (AVR) контролирует силу тока в обмотках ротора и, следовательно, магнитный поток ротора и напряжение на выходе.
Регулятор напряжения
Регулятор напряжения (рис. 1) соединяется с силовой обмоткой, обмоткой возбуждения и обмоткой ротора через контактные кольца и щетки. Контролируемое напряжение силовой обмотки измеряется и сравнивается с базовым напряжением, которое устанавливается регулировочным винтом. Если контролируемое напряжение ниже базового (низкое напряжение в розетке), регулятор автоматически увеличивает ток в роторе. Если контролируемое напряжение выше рекомендуемого (высокое напряжение в розетке), регулятор уменьшает силу тока в роторе, и выходное напряжение уменьшается. Постоянный контроль над силой тока в роторе позволяет поддерживать стабильное выходное напряжение.
Корректировка регулятора напряжения
ВНИМАНИЕ: Корректировка должна производиться при включении электростанции и со снятой крышкой генератора. Избегайте контакта с горячей выхлопной трубой и электрическими проводами. Перед тем как корректировать регулятор напряжения, убедитесь, что частота вращения двигателя в норме.
1. Запустите двигатель и дайте ему прогреться в течение нескольких минут.
2. Используйте точный вольтметр для измерения напряжения в розетке.
3. Отрегулируйте напряжение регулировочным винтом, как показано на рисунке 1, используя отвертку.
ВНИМАНИЕ: Второй винт на рисунке 1 не подвергается регулировке. Регулировка произведена на заводе-производителе. При установке нового регулятора напряжения зафиксируйте второй винт в среднем положении и отрегулируйте напряжение, как описано выше.
Поиск неисправностей
Для нахождения неисправностей необходимо:
Запустить двигатель и проверить частоту вращения, при необходимости отрегулировать.
Проверить выходное напряжение непосредственно в розетке.(Используя вольтметр, имейте в виду, что напряжение может быть нулевым или очень низким)
ВНИМАНИЕ: Нулевое напряжение свидетельствует о разрыве цепи или о полной потери остаточного магнетизма ротора.
Запустить двигатель и измерить выходное напряжение в розетке.
Неисправности регулятора напряжения AVR
Неисправный регулятор напряжения подлежит замене на новый. Единственная часть регулятора напряжения, которую можно заменить отдельно, это предохранитель 3 А. Неисправность регулятора следует находить путем исключения:
1. Подать постоянный ток в обмотку ротора (смотрите ниже 6.4. пункты 1-6).
2. Измерить выходное напряжение обмотки возбуждения (200-250В)
3. Измерить напряжение основной обмотки (примерно 110-130В)
Если при тестировании, Вы получили значения напряжения указанные выше, то регулятор напряжения необходимо заменить. ОБЪЯСНЕНИЕ: Данные тесты подтверждают, что обмотка возбуждения и силовая обмотка исправны. Наличие выходного напряжения в розетке подтверждает исправность щеток, контактных колец и ротора. Следовательно, неисправен регулятор напряжения.
Восстановление остаточного магнетизма
Проводить данную операцию только в случае нулевого напряжения на выходе электростанции и если не был найден разрыв цепи генератора и контрольной панели.
Для восстановления остаточного магнетизма нужно подсоединить аккумулятор 12В к проводам, соединяющим AVR и набор щеток, и запустить двигатель. ВНИМАНИЕ: Необходимо снять крышку генератора и запустить двигатель. Убедитесь, что провода подсоединены правильно и не пытайтесь отсоединить провода при включенном двигателе.
1. Снять верхнюю крышку генератора.
2. Найти плюсовой и минусовой провод регулятора напряжения.
3. Отсоединить провода возбуждения от регулятора напряжения.
4. Подсоединить аккумулятор 12В непосредственно к плюсовому и минусовому проводам щеток.
5. Установить панель генератора для измерения выходного напряжения в розетках.
6. Запустить двигатель и измерить напряжение в розетке 230 В.
7. Если причина в остаточном магнетизме, то выходное напряжение восстановится.
8. Отсоединить аккумулятор и соединение.
9. Снова присоединить провода к обмотке возбуждения.
10. Запустить двигатель и измерить выходное напряжение.
Альтернативный способ
Если небольшая часть магнетизма сохраняется в роторе, то восстановить выходное напряжение можно, немного увеличив частоту вращения. При этом важно не превысить максимально допустимое число оборотов.
1. Запустить и прогреть двигатель.
2. Тягой управления дросселем медленно увеличить частоту вращения до 3600 мин-1, на 5 секунд.
3. Дать возможность двигателю восстановить обороты и снова проверить выходное напряжение в розетке.
Проверка ротора
Для проверки ротора измерьте сопротивление на контактных кольцах. Проверьте, нет ли на них задиров.
7. Асинхронные генераторы
Асинхронные генераторы конденсаторного возбуждения устанавливаются на некоторых электростанциях Briggs&Stratton Power Products c вертикальным коленчатым валом двигателя. Неисправности асинхронного и синхронного генератора и пути их устранения похожи. Ребра на корпусе статора предназначены для охлаждения, ротор — цельный, без обмоток и диодов. Генератор состоит из ротора и статора. Ротор соединен с валом отбора мощности двигателя и вращается внутри неподвижного статора, который прикреплен к картеру двигателя.
Статор имеет две обмотки: обмотку возбуждения и силовую обмотку. Возбуждение (процесс, превращающий ротор в магнит) осуществляется обмоткой возбуждения. Розетки соединяются с силовой обмоткой. При вращении магнита (ротора), внутри силовой обмотки статора вырабатывается выходное напряжение.
При завершении работы генератора, в роторе сохраняется небольшая часть магнетизма, которая называется остаточным магнетизмом. Конденсатор подсоединен параллельно обмотке возбуждения статора. Ток, проходящий через конденсатор, индуцирует ток в обмотках ротора, который определяет силу магнитного потока ротора.
Поиск неисправностей
Для нахождения неисправностей асинхронного генератора нужно выполнить те же действия, что и для синхронного генератора, но необходимо помнить, что у асинхронного генератора отсутствуют обмотки ротора и диоды. Повреждение ротора может носить только механический характер (отказ подшипника), убедитесь, что ротор присоединен и вращается вместе с коленвалом двигателя.
Для нахождения неисправностей необходимо:
Запустить двигатель и проверить его частоту вращения. При необходимости отрегулировать.
Проверить выходное напряжение непосредственно в розетке.
(Используя вольтметр, имейте в виду, что напряжение может быть нулевым или очень низким)
ВНИМАНИЕ: Нулевое напряжение свидетельствует либо о разрыве цепи, либо о полной потери остаточного магнетизма в роторе.
Восстановление остаточного магнетизма
Проводить данную операцию только в случае нулевого напряжения на выходе электростанции и, если не был найден разрыв цепи генератора и приборной панели.
Для восстановления остаточного магнетизма нужно пропустить постоянный ток 12 В через силовую обмотку, подсоединив аккумулятор непосредственно к розетке. Необходимо отключить систему зажигания двигателя, отсоединив высоковольтный провод от свечи зажигания.
1. Выключить двигатель.
2. Подсоединить аккумулятор непосредственно к розетке генератора(полярность значения не имеет).
3. Прокрутить двигатель стартером. ЗАМЕЧАНИЕ: 4 полных оборота при помощи ручного стартера или примерно 3-4 секунды при помощи электрического стартера.
4. Отсоединить аккумулятор.
5. Подсоединить высоковольтный провод к свече зажигания.
6. Запустить двигатель и проверить выходное напряжение.
7. Если остаточный магнетизм восстановлен, то выходное напряжение будет 230 В.
Альтернативный способ
Если небольшая часть магнетизма сохраняется в роторе, то восстановить выходное напряжение можно, немного увеличив частоту вращения. При этом важно не превысить максимально допустимое число оборотов.
1. Запустить и прогреть двигатель.
2. Тягой управления дросселем медленно увеличить частоту вращения до3600 мин-1, на 5 секунд.
Дать возможность двигателю восстановить обороты и снова проверить выходное напряжение в розетке.
8. Сварочные генераторы переменного тока
В сварочных аппаратах Briggs & Stratton Power Products переменного тока используются саморегулируемые генераторы конденсаторного возбуждения фирмы Sincro, оснащенные переключателем, контролирующим величину сварочного тока. Генератор состоит из ротора и статора. Ротор соединен с валом отбора мощности двигателя и вращается внутри неподвижного статора, который прикреплен к картеру двигателя. Статор имеет две обмотки: обмотку возбуждения и основную обмотку.
Обмотка возбуждения защищена от перегрева предохранителем, состоит из 7 секций с переключателем сварочного тока (рис. 1). Процесс возбуждения (превращение ротора в магнит) осуществляется обмоткой возбуждения. При вращении магнита (ротора) внутри силовой обмотки статора, вырабатывается выходное напряжение.
Постоянный ток в роторной обмотке создает магнитное поле ротора. В обмотке возбуждения возникает переменный ток. В обмотке ротора переменный ток выпрямляется диодом. При завершении работы генератора в роторе сохраняется небольшая часть магнетизма, которая называется остаточным магнетизмом.
Конденсатор подсоединен параллельно обмотке возбуждения статора. Ток, проходящий через конденсатор, индуцирует ток в обмотках ротора, регулируя силу магнитного потока.
Когда включен режим сварки, основная обмотка соединяется последовательно с дополнительным индуктивным сопротивлением, сварочным импедансом (рис.2).
Поиск неисправностей
Для нахождения неисправностей сварочного генератора переменного тока нужно выполнить те же действия, что и для стандартного саморегулируемого генератора конденсаторного возбуждения. Поиск неисправностей следует начать в режиме генератора.
Для нахождения неисправностей необходимо:
Запустить двигатель и проверить его частоту вращения, при необходимости отрегулировать.
Проверить выходное напряжение непосредственно в розетке.(Используя вольтметр, имейте в виду, что напряжение может быть нулевым или очень низким)
ВНИМАНИЕ: Нулевое напряжение свидетельствует о разрыве цепи или о полной потери остаточного магнетизма на роторе.
Запустить двигатель и измерить напряжение в розетке.
Неисправности сварочной цепи
Некоторые неисправности можно обнаружить только при проведении сварочных работ. Сопротивление дополнительного индуктивного сопротивления (сварочный импеданс) измеряется в милиоммах. Сервисные измерительные приборы не обладают такой точностью. При неисправностях сварочного импеданса видны следы перегрева, повреждение изоляции и, как следствие, разрыв электрической цепи.
ВНИМАНИЕ: Перед тем как проверять сварочную цепь, убедитесь, что частота вращения двигателя в норме.
Восстановление остаточного магнетизма
Проводить данную операцию только в случае нулевого напряжения на выходе электростанции и, если не был найден разрыв цепи генератора и приборной панели.
Для восстановления остаточного магнетизма нужно подать постоянный ток 12В в силовую обмотку, подсоединив аккумулятор непосредственно к розетке. Необходимо отсоединить высоковольтный провод от свечи зажигания двигателя.
1. Отсоединить высоковольтный провод от свечи зажигания.
2. Подсоединить аккумулятор непосредственно к розетке генератора
(полярность значения не имеет).
3. Прокрутить двигатель стартером. ЗАМЕЧАНИЕ: 4 полных оборота при помощи ручного стартера или примерно 3-4 секунды при помощи электрического стартера.
4. Отсоединить аккумулятор.
5. Подсоединить высоковольтный провод к свече зажигания.
6. Запустить двигатель и проверить выходное напряжение.
7. Если остаточный магнетизм восстановлен, то выходное напряжение будет в норме.
Альтернативный способ
Если небольшая часть магнетизма сохраняется в роторе, то восстановить выходное напряжение можно, немного увеличив частоту вращения. При этом важно не превысить максимально допустимое число оборотов.
1. Запустить и прогреть двигатель.
2. Тягой управления дросселем медленно увеличить частоту вращения до
3600 мин-1, на 5 секунд.
3. Дать возможность двигателю восстановить обороты и снова проверить выходное напряжение в розетке.
Проверка основной обмотки
Смотрите раздел «Проверка обмоток статора».
Проверка сварочного импеданса
Для проверки сопротивления снимите показания между двумя контактами (рис.
3) обмотки. Помните, что сопротивление сварочного импеданса измеряется в долях Ом, поэтому проверьте целостность цепи. Любую неполадку, связанную со сварочным импедансом, легко заметить невооруженным глазом по следам перегрева.
Проверка обмотки возбуждения
Обмотка возбуждения соединена с 7-ми позиционным переключателем тока сварки.
Для проверки обмотки, измерьте выходное напряжение в режиме генератора при всех положениях переключателя. Напряжение должно изменяться примерно от 190 до 240 В.
При выключенном двигателе, установив переключатель на максимум, измерьте сопротивление обмотки, отсоединив конденсатор. Сравните значение с таблицей сопротивления.
ВНИМАНИЕ: Показания зависят от температуры окружающей среды и типа измерителя.
9. Сварочные генераторы постоянного тока
В сварочных аппаратах Briggs & Stratton Power Products постоянного тока используются генераторы Sincro прямого возбуждения, оснащенные трансформатором и переключателем, контролирующим силу сварочного тока. Генератор состоит из ротора и статора. Ротор соединен с валом отбора мощности двигателя и вращается внутри неподвижного статора, который прикреплен к картеру двигателя. Статор имеет три обмотки: обмотка возбуждения, силовая обмотка 230 В и сварочная обмотка. Процесс возбуждение (превращение ротора в магнит) осуществляется обмоткой возбуждения и поддерживается в зависимости от тока сварки. При вращение магнита (ротора) внутри обмотки статора, вырабатывается выходное напряжение.
Постоянный ток в роторной обмотке создает магнитное поле ротора. Обмотка возбуждения создает переменный ток. Переменный ток обмотки возбуждения выпрямляется диодным мостом и через щетки, и контактные кольца попадает в обмотку ротора. Сварочная цепь состоит из трех сварочных обмоток, последовательно соединенных со сварочным импедансом и сверхмощным диодным блоком. Центральная обмотка сварочного импеданса имеет дополнительную вторичную обмотку, соединенную со вторым диодным мостом. Эта вторичная обмотка поддерживает ток в роторе во время сварки. В цепи этой обмотки установлена тепловая защита по току. Диодный мост выпрямителя выпрямляет переменный электрический ток в постоянный. При завершении работы генератора, в роторе сохраняется небольшая часть магнетизма, которая называется остаточным магнетизмом.
Поиск неисправностей
Для нахождения неисправностей необходимо:
Запустить двигатель и проверить его частоту вращения, при необходимости отрегулировать.
Проверить выходное напряжение непосредственно в розетке генератора. (Используя вольтметр, имейте в виду, что напряжение может быть нулевым или очень низким)
ВНИМАНИЕ: Нулевое напряжение свидетельствует о разрыве цепи или о полной потери остаточного магнетизма ротора.
Неисправности сварочной цепи
Некоторые неисправности можно обнаружить только при проведении сварочных работ. Сопротивления основной сварочной обмотки и обмотки сварочного импеданса измеряются в милиоммах. Сервисные измерительные приборы не обладают такой точностью. При неисправностях в сварочной обмотке или обмотке сварочного импеданса видны следы перегрева, повреждение изоляции и, как следствие, разрыв электрической цепи.
ВНИМАНИЕ: Перед тем как проверить сварочную цепь, убедитесь, что частота вращения двигателя в норме.
Восстановление остаточного магнетизма
1. Снять нижнюю панель генератора.
2. Найти положительный (красный) и отрицательный (черный) провода между левым диодным мостом и щетками ротора (рис. 1).
3. Найти положительный и отрицательный провода правого диодного моста выпрямителя и изолировать их от выпрямителя.
4. Подсоединить аккумулятор 12 В непосредственно к положительному и отрицательному проводам, идущим к щеткам.
5. Запустить двигатель и измерить напряжение в розетке генератора (оно должно быть приблизительно 120-150В).
6. Если причина в остаточном магнетизме, то выходное напряжение восстановится.
7. Отсоединить аккумулятор и восстановить соединения.
Запустить двигатель и измерить напряжение на выходе генератора.
Альтернативный способ
Если небольшая часть магнетизма сохраняется в роторе, то восстановить выходное напряжение можно, немного увеличив частоту вращения. При этом важно не превысить максимально допустимое число оборотов.
1. Запустить и прогреть двигатель.
2. Тягой управления дросселем медленно увеличить частоту вращения до
3600 мин-1 на 5 секунд.
3. Дать возможность двигателю восстановить обороты и снова проверить выходное напряжение в розетке.
Проверка ротора
Для проверки ротора измерьте сопротивление на контактных кольцах. Проверьте, нет ли на них задиров.
Проверка сварочной обмотки
Сопротивление основной сварочной обмотки измеряется в долях Ом (0.02 Ом). Приборы, способные измерять такие значения, как правило, широко не применяются. Неисправностью основной сварочной обмотки может быть обрыв цепи со следами перегрева и повреждения изоляции, разрыв цепи или короткое замыкание витков также с видимыми следами повреждений.
Для проверки измерьте сопротивление между диодным мостом выпрямителя и сварочным импедансом (рис. 2).
Проверка первичной обмотки сварочного импеданса
Для проверки сопротивления обмотки сварочного импеданса снимите показания между двумя терминалами импеданса (рис. 3). Как и в случае с основной сварочной обмоткой, сопротивление обмотки сварочного трансформатора измеряется в долях Ом, поэтому проверьте целостность цепи. Любую неполадку, связанную со сварочным трансформатором легко заметить невооруженным глазом по следам перегрева и повреждений изоляции.
Проверка вторичной обмотки сварочного импеданса
Вторичная обмотка сварочного импеданса соединена с 7-ми позиционным переключателем тока сварки и 2-х позиционным селектором режимов работы (низкий или высокий ток). Для проверки обмотки, отсоедините белый и оранжевый провода от диодного моста выпрямителя и подсоедините к ним измеритель сопротивления (рис. 4). Измерьте сопротивление, опираясь на таблицу, приведенную ниже.
ВНИМАНИЕ: Показания зависят от температуры внешней среды и типа измерителя. Тестирование выявляет неисправность в любой части обмотки.
Вопрос: В чем заключаются различия между кВт и кВА?
Что такое коэффициент мощности?
Ответ: Для переменного синусоидального тока существуют три вида электрической мощности:
1. Активная мощность измеряется в ваттах (Вт). Эта мощность потребляется активной (омической) нагрузкой, например, коэффициент мощности (cos φ или pf) нагревательного элемента в чайнике равен 1.
2. Реактивная мощность измеряется в реактивных вольт-амперах (вар). Эта мощность потребляется реактивной нагрузкой (например, коэффициент мощности электромагнита равен 0).
3. Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА). Потребляется любой нагрузкой и учитывает активную и реактивную составляющие мощности (невозможно произвести чисто реактивную или активную нагрузку). Комбинация различных элементов нагрузки означает, что одновременно потребляются и активная (Вт) и реактивная (вар) мощности.
Отношение полной мощности к активной называется коэффициентом мощности (cos φ или pf). Например, коллекторные двигатели ручных инструментов имеют коэффициент мощности pf= 0,95…1,0.
Если коэффициент мощности равен 1, то Активная мощность (Вт) = Полная мощность (ВА) (Вт = ВА при pf= 1.0).
Однофазные генераторы имеют коэффициент мощности равный 1, и Вт = ВА при pf = 1,0 и поэтому для однофазных генераторов указывается активная мощность в Ваттах (Вт) или килоВаттах (кВт).
Трехфазные генераторы имеют меньший коэффициент мощности, который принимается равным 0.8, и поэтому для них указывается полная мощность в Вольт-Амперах (ВА) или килоВольт-Амперах (кВА).
Например, указана полная мощность 5 кВА при pf=0,8. Это значит, что активная мощность 3-х фазного генератора равна 4 кВт (5 кВА х 0,8 = 4 кВт).
Вопрос: Я приобрел электростанцию и хотел бы подключить ее к дому на случай перебоев с электричеством. Что мне следует сделать?
Ответ: При использовании электростанции как альтернативного источника энергии, необходимо принять меры предосторожности. Изолировать электростанцию от внешней сети, чтобы быть уверенным, что электростанция не будет питать всю округу и не убьет током электрика, пытающегося исправить неполадки в электросети.
Для этого, квалифицированным электриком должен быть установлен переключатель, позволяющий переключать основную систему электроснабжения на запасную и обратно.
Корпорация Briggs & Stratton выпускает ручной силовой переключатель BTS9200M. Силовой переключатель устанавливается между электросчетчиком и потребителями электроэнергии в доме. Переключатель позволяет запитывать дом либо от общей электросети, либо от электростанции.
Большинство зданий имеют УЗО (устройство защитного отключения) в распределительных щитах, предназначенное для работы с сетью с заземленной нейтралью. Электростанция имеет «плавающую землю». Для того, чтобы использовать это УЗО, нужно, чтобы квалифицированный электрик соединил нулевой провод, идущий от электростанции, с землей. Рекомендуется осуществлять этот монтаж в вилке, которая будет использоваться для соединения с электростанцией. Это позволяет не переделывать электростанцию и, при отключении от дома, использовать её отдельно. На штепсельной вилке должно быть предупреждение: «Не подключать к внешней сети: «соединение нейтраль-земля». Проводящий провод между электростанцией и переключателем не защищен УЗО, поэтому рекомендуется использовать кабель со стальной оплеткой.
В доме должно быть установлено низкоомное заземление согласно действующим правилам по обеспечению безопасности.
Вопрос: Какой мощности требуется электростанция, чтобы запустить электродвигатель?
Ответ: Это трудный вопрос, т. к. существует несколько видов электродвигателей с разными характеристиками.
Для некоторых двигателей, например, двигателей индуктивного типа, требуется дополнительная энергия для пуска (эти двигатели имеют высокие пусковые токи), поэтому необходима электростанция большей мощности.
Двигатели ручных инструментов, как правило, не требуют дополнительной мощности при пуске (пусковой ток равен номинальному).
Рекомендуется узнать у поставщика или производителя электродвигателей пусковые и номинальные токи.
Существует «грубое» правило: мощность электростанции должна превосходить мощность двигателя в 2.5-3 раза. Мощность двигателя выражается в кВт или л.с. Для того, чтобы перевести л.с. в кВт нужно умножить значение в л.с. на 3/4.
Вопрос: Какой мощности требуется электростанция, чтобы запустить электродвигатель?
Ответ: Это трудный вопрос, т. к. существует несколько видов электродвигателей с разными характеристиками.
Для некоторых двигателей, например, двигателей индуктивного типа, требуется дополнительная энергия для пуска (эти двигатели имеют высокие пусковые токи), поэтому необходима электростанция большей мощности.
Двигатели ручных инструментов, как правило, не требуют дополнительной мощности при пуске (пусковой ток равен номинальному).
Рекомендуется узнать у поставщика или производителя электродвигателей пусковые и номинальные токи.
Существует «грубое» правило: мощность электростанции должна превосходить мощность двигателя в 2.5-3 раза. Мощность двигателя выражается в кВт или л.с. Для того, чтобы перевести л.с. в кВт нужно умножить значение в л.с. на 3/4.
Вопрос: Могу ли я использовать бензиновую электростанцию при работе с чувствительными приборами?
Ответ: Значение выходного напряжения электростанции менее стабильно, чем напряжение главной сети. Частота вращения двигателя, который вращает генератор, падает при увеличении нагрузки. Частота выходного напряжения напрямую зависит от частоты вращения двигателя, вследствие этого частота будет изменяться в зависимости от нагрузки. Выходное напряжение зависит от температуры.
Переходное отклонение напряжения электростанций составляет 230В +/- 10 % во всем диапазоне изменения нагрузки от нуля до максимальной, что соответствует ГОСТу (см. ГОСТ 21671-82 «Электроагрегаты и электростанции бензиновые»). Это соответствует значениям электрического напряжения, которое подается главной сетью. Электростанции, оснащенные автоматическим регулятором напряжения (AVR), могут поддерживать выходное напряжение равное 230В +/- 2%.
Частота выходного напряжения электростанции варьируется в пределах от 53 Герц до 49 Герц во всем диапазоне изменения нагрузки от нуля до максимальной, тогда как напряжение в питающей сети изменяется не более, чем на 0.1 Герц.
Большинство электронных приборов справляются с этими значениями и функционируют нормально. Тем не менее, рекомендуется узнать у поставщика оборудования, возможно ли использовать электростанцию для работы с данным прибором.
Когда в электростанции заканчивается бензин, двигатель начинает работать с перебоями. Поэтому следует использовать источник бесперебойного питания (UPS), который используется с компьютерами для избежания потери данных при отключении электричества.
Принципы работы конденсаторов
, работа и различные типы конденсаторов с их применением в схемах
Конденсаторы — это слово, кажется, наводит на мысль о емкости , что, согласно словарю, означает «способность что-то удерживать». Это ровно то же самое, что конденсатор — он держит электрический заряд. Но что делает его обычным компонентом почти во всех электронных схемах? Давайте разберемся с конденсаторами, чтобы понять, что они делают и как их можно использовать в этой статье.
Что такое конденсатор?
Конденсатор в самом примитивном виде состоит из двух проводящих пластин, разделенных диэлектрической средой. Термин диэлектрик — это просто модное слово для изолятора, который может быть поляризован, то есть образовывать отрицательные и положительные заряды на противоположных сторонах. Когда напряжение подается на эти две пластины, ток течет через проводящие пластины. Одна сторона заряжается положительно (отсутствие электронов), а другая сторона заряжается отрицательно (избыточные электроны).Все мы знакомы с тем фактом, что в отличие от зарядов притягиваются, поэтому, поскольку пластины заряжены противоположно, заряды на пластинах притягиваются.
Помните, что между пластинами находится изолятор , поэтому заряды не могут «течь», чтобы уравновесить друг друга, и (в идеале) застревают во взаимном притяжении и остаются на месте. Именно так конденсаторы выполняют свою основную функцию — удержание или накопление заряда.
Обозначение конденсаторов
Поскольку конденсаторы имеют две параллельные металлические пластины, как обсуждалось выше, их символы обозначают то же самое.По крайней мере,
легко нарисоватьВ практическом случае конденсаторы больше не представляют собой просто две пластины с зазором между ними, в случае алюминиевых электролитов две пластины имеют форму металлической фольги, свернутой с прокладкой между ними в трубке.
Второй набор символов обозначает поляризованные конденсаторы, то есть конденсаторы, у которых внутренняя конструкция определяет положительные и отрицательные клеммы. Случайное переключение этих клемм почти наверняка приведет к серьезному отказу (особенно для более крупных образцов), выбросу кусочков фольги и бумажных счетчиков из места отказа, и в большинстве случаев с очень неприятным запахом.
Номинальная емкость и напряжение конденсатора
Конденсаторы измеряются в фарадах ; он назван в честь известного британского электрохимика Майкла Фарадея. Единица емкости, заменяющая кулон на вольт. Кулон (произносится как «ку-лом») — это единица измерения заряда, а вольт, как мы знаем, — это единица измерения напряжения или разности потенциалов. Это делает Фарад количеством заряда, хранящегося на вольт разности потенциалов.Этот простой способ математического рассмотрения конденсатора поддается широкому диапазону интерпретаций, что проявляется во множестве смертельно сложных математических уравнений, таких как интегралы, показатели и векторы, которые мы, инженеры, будем использовать при работе с конденсаторами, что выходит далеко за рамки простого Объем этой статьи. Тем не менее, мы рассмотрим небольшую интересную математику, которая поможет нам разработать схемы с конденсаторами позже, в статье
.Конечно, Фарад (один кулон на вольт) — очень большая единица для большинства практических целей (поскольку кулон сам по себе представляет собой довольно большой заряд, как вы, возможно, уже знаете), поэтому большинство конденсаторов (за исключением очень больших ) измеряются в микрофарадах, или одной миллионной (0.000001) Фарада. Предположим, у вас есть конденсатор с показателем 25 В 10 мкФ (префикс «u» означает «микро», это искажение греческого символа «μ», означающего «микро») на пластиковой внешней крышке. Поскольку колпачок (короткий в мире электроники для конденсаторов) рассчитан на 10 мкФ, он может удерживать заряд в десять микрокулонов (то есть десять миллионных кулонов, 0,000010 C) на вольт напряжения на его выводах. Это означает, что при максимальном напряжении 25 В конденсатор может удерживать заряд 25 В x 10 мкФ, что составляет 0.000250 Кулонов.
Помните, я сказал «максимальное» напряжение. Максимальное напряжение, вероятно, является наиболее важным значением конденсатора. Он сообщает вам, какое напряжение конденсатор может выдержать на своих выводах, прежде чем он выйдет из строя ………!
Работа конденсатора
В основном то, что происходит внутри конденсатора, заключается в том, что изолятор между этими пластинами подвергается процессу, называемому «диэлектрическим пробоем», что означает, что изолятор больше не может изолировать, поскольку напряжение на изоляторе слишком велико, чтобы он мог оставаться изолятором. .Физика, лежащая в основе, несколько выходит за рамки, но все, что вам нужно знать, чтобы понять, почему это происходит, — это то, что ни один изолятор не является идеальным, то есть до определенного момента. Даже самый прочный мост разрушается при перегрузке. Здесь происходит то же самое. Чтобы уменьшить пробой, вы можете увеличить зазор между двумя пластинами, но это имеет компромисс — уменьшенную емкость, поскольку пластины расположены дальше друг от друга и заряды не притягиваются так сильно, как при сближении — во многом как как ведут себя магниты.
Хорошее практическое правило — использовать колпачки, рассчитанные на 50% большее напряжение, чем то, что можно ожидать от вашей схемы. Это оставляет большой запас прочности. Например, если вам нужен колпачок для развязки (не беспокойтесь, развязка будет объяснена позже в статье) шины питания 12 В, вы можете обойтись конденсатором на 16 В, но рекомендуется использовать конденсатор на 25 В, поскольку он дает вам широкий запас прочности. Хорошо, вы узнали это !! Да, 25 В, конечно, не на 25% больше, чем 12 В, но 18 В не является стандартной емкостью конденсатора — вы не найдете конденсатора с таким номинальным напряжением.Ближайший — 25В.
Различные типы конденсаторов
Причина диапазонов напряжения пробоя связана с материалом, используемым в качестве диэлектрика, который также является основой классификации конденсаторов:
Алюминиевые электролитические конденсаторы
Это, наверное, самые узнаваемые конденсаторов типа . Они поставляются в характерных металлических банках с пластиковой оболочкой, с четко указанными значениями напряжения и емкости и белой полосой, обозначающей катод.Название происходит от того факта, что, как упоминалось выше, «пластины» изготовлены из алюминиевой фольги с химическим травлением. Процесс травления делает алюминий пористым (как губка) и значительно увеличивает площадь его поверхности, а значит, увеличивает емкость. Диэлектрик представляет собой тонкий слой оксида алюминия. Эти конденсаторы заполнены маслом, которое действует как электролит, отсюда и название. Электролитические конденсаторы поляризованы из-за их внутренней конструкции. Они имеют большую емкость по сравнению с другими членами семейства конденсаторов, но при гораздо более низком напряжении.Вы можете ожидать увидеть электролиты от 0,1 мкФ до таких монстров, как 100 мФ, и с номинальным напряжением от нескольких вольт до примерно 500 В. Однако их внутреннее сопротивление обычно велико.
БОКОВОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Внутреннее сопротивление в конденсаторах обусловлено материалами, из которых изготовлен колпачок, например сопротивлением алюминиевой фольги или сопротивлением проводов.
Конденсаторы керамические
Это колпачки с керамическим диэлектриком.Поскольку предел пробоя для керамического диэлектрика довольно высок, вы можете ожидать увидеть керамические колпачки с сумасшедшими пробивными напряжениями, такими как 10 кВ. Однако емкость обычно бывает низкой, в диапазоне от пикофарад (0,000000000001F) до нескольких десятков микрофарад. Как правило, они намного меньше конденсаторов других типов , как показано на рисунке. У них также очень маленькое внутреннее сопротивление.
Идентификация керамических конденсаторов
Значение керамической емкости на керамическом конденсаторе не указывается напрямую.0 равно 0.
Номинальное напряжение конденсатора можно найти, используя строку под этим кодом. Если линия есть, то значение напряжения составляет 50/100 В, если линии нет, то это 500 В.
Наиболее часто используемые значения конденсаторов вместе с их преобразованием в Пико Фарад, Нано Фарад и микрофарады приведены ниже.
Код | Пикофарад (пФ) | Нанофарад (нФ) | Микрофарад (мкФ) |
100 | 10 | 0.01 | 0,00001 |
150 | 15 | 0,015 | 0,000015 |
220 | 22 | 0,022 | 0,000022 |
330 | 33 | 0.033 | 0,000033 |
470 | 47 | 0,047 | 0,000047 |
331 | 330 | 0,33 | 0,00033 |
821 | 820 | 0.82 | 0,00082 |
102 | 1000 | 1,0 | 0,001 |
152 | 1500 | 1,5 | 0,0015 |
202 | 2000 | 2.0 | 0,002 |
502 | 5000 | 5,0 | 0,005 |
103 | 10000 | 10 | 0,01 |
683 | 68000 | 68 | 0.068 |
104 | 100000 | 100 | 0,1 |
154 | 150000 | 150 | 0,15 |
334 | 330000 | 330 | 0.33 |
684 | 680000 | 680 | 0,68 |
105 | 1000000 | 1000 | 1,0 |
335 | 3300000 | 3300 | 3.3 |
Пленочные конденсаторы
Как следует из названия, диэлектрик в этих конденсаторах представляет собой пластиковую пленку, часто знакомую пластику, такую как майлар и полиэстер. Они имеют те же свойства, что и керамические колпачки, имеют высокое напряжение пробоя (из-за свойств пластичных полимеров) и низкую емкость. Единственная разница в том, что они, как правило, немного больше, хотя внешне похожи на керамические колпачки. Внутреннее сопротивление сопоставимо с керамическими колпачками.
Танталовые и ниобиевые конденсаторы
Эти конденсаторы технически подпадают под категорию электролитических конденсаторов. Здесь электролит представляет собой твердый материал из оксидов тантала или ниобия. У них очень низкое внутреннее сопротивление для данной емкости, однако они менее устойчивы к перенапряжению по сравнению с другими типами (керамика лучше всего) и, как правило, капут без особого предупреждения и с большим количеством неприятного черного дыма.
Конденсаторы специального назначения
Сюда входят серебристо-слюдяные колпачки, колпачки с рейтингом X и Y и т. Д.Конденсаторы с номиналами X и Y, например, созданы для фильтрации линии — более прочная конструкция и более высокие номиналы напряжения, а также низкие емкости, чтобы уменьшить ток, проходящий через них, если применяется переменное напряжение, и ограничить энергию, хранящуюся в конденсаторе, если постоянный ток подается напряжение.
Суперконденсаторы и ультраконденсаторы
Они выводят конденсаторы на совершенно новый уровень, значительно увеличивая их емкость, иногда до сотен Фарад! Это возможно благодаря какой-то умной химии.Суперконденсаторы и ультраконденсаторы устраняют разрыв между конденсаторами и химическими батареями. Однако они бывают с очень низким напряжением.
И это почти все распространенных типов конденсаторов , которые вы обычно можете встретить в мире электроники.
Принцип работы конденсаторов в цепях
Первой полезной задачей было бы научиться рассчитывать запасы энергии в конденсаторе, который определяется формулой
E = 1 / 2CV 2
Где E — запасенная энергия в джоулях, C — емкость в фарадах, а V — напряжение в вольтах.Обратите внимание, что это уравнение принимает форму многих других уравнений Ньютона для энергии, аккуратное пасхальное яйцо!
Предположим, у вас есть крышка, рассчитанная на напряжение 50 В и с емкостью 1000 мкФ, запасенная энергия при полных 50 В будет:
1/2 * 0,001000F * 50 В * 50 В
Что составляет жалкие 1,25Дж накопленной энергии.
Это показывает главный недостаток конденсаторов как устройств накопления энергии — накопленная энергия для данного размера очень мала, батарея того же размера будет иметь как минимум в тысячу раз больше накопленной энергии! Однако у крышек внутреннее сопротивление значительно ниже, чем у химических батарей, что позволяет им быстро сбрасывать всю накопленную энергию.Замыкание батареи приведет к ее нагреву только из-за мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением, но короткое замыкание конденсатора вызовет лишь несколько искр, поскольку весь заряд сбрасывается сразу без повреждения конденсатора.
Во-вторых, есть еще одна аккуратная формула, которая связывает напряжение, ток и емкость:
I / C = dV / dt
Где I — ток, подаваемый на конденсатор в амперах, C — емкость в фарадах, а dV / dt — скорость изменения напряжения на выводах конденсатора.Подумайте об этом с точки зрения единицы измерения — вольт в секунду для заданного тока и емкости. Не беспокойтесь о маленькой букве «d», это просто математический способ сказать «до предельного нуля».
Допустим, у вас есть источник питания, который выдает постоянное напряжение 5 В при постоянном токе 1 мА, а затем, изменив уравнение, мы можем найти время, необходимое для зарядки конденсатора 100 мкФ до 5 В:
дт = CdV / I
dt = (0,000100F * 5 В) / 0,001A
dt = 0,5 секунды
Значит, конденсатор будет заряжаться до 5 В в 0.5 секунд. (Помните, что конденсатор может заряжаться только до максимального напряжения, подаваемого на него, и никогда больше, они не могут волшебным образом «создать» напряжение.)
Такое предсказуемое поведение конденсатора делает его очень полезным для создания временных задержек, например, с помощью небольшой дополнительной схемы. Вы можете изменить уравнение, чтобы получить время.
А теперь о хорошем — схемах конденсаторов!
Поведение конденсатора в цепях
Давайте начнем с простого — разные способы соединения конденсаторов.Это почти то же самое, что соединение двух резисторов — вы можете соединить их последовательно или параллельно.
Параллельные конденсаторы
На рисунке ниже показаны три конденсатора, подключенные параллельно, со всеми соответствующими положительными и отрицательными клеммами, соединенными вместе (при условии, что колпачки поляризованы). Общая емкость этого устройства — это просто сумма всех емкостей всех конденсаторов в цепи. Это имеет смысл, поскольку параллельное соединение пластин конденсатора увеличивает площадь поверхности, увеличивая емкость.
Максимальное напряжение, которое может выдержать такая конструкция, — это напряжение наименьшего конденсатора, так как напряжение является общим для всех конденсаторов.
Пример должен прояснить это. Предположим, у вас есть два конденсатора, один с номиналом 25 В 470 мкФ, а другой 35 В 1000 мкФ. Общая емкость будет 470 мкФ + 1000 мкФ = 1470 мкФ. Однако максимальное напряжение, которое вы можете подать на эту батарею (связку соединенных вместе конденсаторов, можно назвать «батареей конденсаторов»), будет всего 25 В.Если вы поместите что-то большее, чем это, на этом берегу, полетят искры, поскольку вы превысите максимальное значение. напряжение конденсатора 25В.
Конденсаторы последовательно
Параллельное подключение конденсаторов особенно полезно, если вам нужна большая емкость, но у вас есть только небольшие значения. Параллельное соединение этих меньших значений значений в конечном итоге даст вам большее значение и выполнит свою работу, если вы помните о напряжении.
Последовательное соединение конденсаторов несколько сложнее.Емкость определяется по формуле:
1 / Cобщ. = 1 / C1 + 1 / C2 +… + 1 / Cn
Где C1, C2… Cn — емкости каждого конденсатора, используемого в цепи.
Напряжение, с которым теперь может справиться банк, представляет собой сумму всех номинальных напряжений.
Если у вас есть конденсатор на 10 В 1 мкФ и конденсатор на 50 В 10 мкФ, то напряжение, которое банк может выдерживать последовательно, составит 10 В + 50 В = 60 В. Емкость составляет 0,9091 мкФ.
Зависимость напряжения конденсатора от времени
Что, если мы хотим зарядить конденсатор? Мы могли бы просто подключить его к источнику напряжения, как показано на рисунке ниже.Здесь может произойти следующее: в момент подключения источника напряжения, если предположить, что крышка полностью разряжена, заряды стремятся накапливаться на пластинах, что приводит к очень большому (теоретически бесконечному!) Всплеску тока, ограниченному только внутренним сопротивлением конденсатора. конденсатор. Это, конечно, нежелательно, если ваш источник питания представляет собой что-то вроде батареи. Разумной идеей было бы добавить резистор последовательно с конденсатором и источником напряжения для ограничения тока, как показано на рисунке, и вуаля! У вас есть что-то, что инженеры называют RC-цепью, «R» для резистора и «C» для конденсатора!
Эта схема демонстрирует интересное поведение.Когда напряжение подается на сторону резистора, обозначенную «I», напряжение на конденсаторе медленно растет, поскольку ток ограничен. График выглядит примерно так:
Более склонные к математике из моих зрителей узнают форму наклона — она напоминает форму экспоненциальной функции!
Помните, как я сказал, что заглавные буквы можно использовать для создания задержек по времени? Это один из способов сделать это без источника постоянного тока (который требует дополнительных схем).Поскольку время, необходимое для достижения определенного напряжения, предсказуемо, если мы знаем емкость, напряжение и сопротивление, мы можем создавать схемы с временной задержкой.
Произведение сопротивления и емкости, RC, известно как постоянная времени цепи. Этот параметр становится полезным для фактического определения точного времени достижения заданного напряжения, как показано на графике ниже.
На графике видно, что конденсатор достигает 63% приложенного напряжения за одну постоянную времени и так далее.
Это принцип, который использует всесезонный таймер 555, хотя расчетные уравнения немного отличаются.
Еще одно интересное применение RC-цепей — фильтрация сигналов, то есть удаление из схемы электрического сигнала нежелательной частоты. RC-цепи требуется определенное время для зарядки и разрядки от источника. Если мы применим периодическую волну с периодом времени больше, чем RC, то такой же сигнал появится на выходе с очень небольшими искажениями.Однако при увеличении частоты сигнал продолжает менять полярность быстрее, чем цепь может заряжаться и разряжаться, и в конечном итоге после определенного момента сигнал исчезает, и все, что у вас остается, — это чистый постоянный ток! Это называется ослаблением сигнала. Как вы можете видеть, RC-схема действует как фильтр, который блокирует сигналы переменного тока (даже те, которые наложены на постоянный ток, то есть имеют смещение постоянного тока) за пределами определенной частоты. Этот вид фильтра называется фильтром нижних частот, то есть он пропускает низкие частоты, но не пропускает высокие частоты.
Конденсаторы в цепях переменного тока
Конденсаторыинтересным образом ведут себя при включении в цепи переменного тока. С точки зрения сигнала, их можно рассматривать как частотно-зависимые резисторы. Как видно выше, RC-схема блокирует весь переменный ток от сигнала, но что происходит, когда конденсатор соединен последовательно с источником переменного напряжения? С точностью до наоборот!
Поскольку конденсатор представляет собой всего лишь две металлические пластины, разделенные изолятором, он не пропускает через себя постоянный ток.Однако сигнал переменного тока имеет постоянно меняющееся напряжение, поэтому одна пластина видит изменяющееся напряжение и индуцирует противоположный заряд на другой пластине, как показано на рисунке:
В целом это позволяет току «проходить» через конденсатор на относительно высоких частотах. Добавление резистора параллельно выходу создает фильтр высоких частот, то есть фильтр, который пропускает только высокие частоты и блокирует все сигналы постоянного тока.
«Сопротивление переменному току» или полное сопротивление конденсатора определяется по формуле:
XC = 1 / (2 * π * f * C)
Где XC — емкостное реактивное сопротивление или импеданс, f — частота, а C — емкость.Вы можете использовать эту формулу для расчета виртуального «сопротивления» конденсатора в цепи переменного тока.
Где можно найти конденсаторы
Ладно, теории хватило. Давайте рассмотрим множество вариантов использования конденсаторов .
Первое место, где вы могли бы ожидать увидеть конденсаторы, — это всевозможные источники питания в качестве фильтров и для развязки. Они действуют как зарядные резервуары, обеспечивая быстрый ток, когда он нужен нагрузке.
Вот два снимка осциллографа, которые показывают эффект отсутствия конденсатора на выводах источника питания.Как видите, наличие конденсаторов значительно снижает «шум» на шинах источника питания, тем самым защищая хрупкие детали от внезапных скачков напряжения.
Их также называют «развязывающими» конденсаторами , поскольку они «развязывают» участки цепи, в которой они установлены, от источника питания. Иногда провода питания на печатной плате могут быть довольно длинными и иметь высокую индуктивность и сопротивление. Это может привести к тому, что они будут обеспечивать меньший ток, чем обычно.Наличие конденсатора на конце линии питания похоже на временную «батарею» меньшего размера на устройстве, обеспечивающую всплески тока, когда это необходимо, и зарядку, когда устройство потребляет малую мощность.
Вы можете использовать формулу I / C = dV / dt для расчета емкости, необходимой для устранения «пульсаций» напряжения с клемм источника питания.
Предположим, у вас есть источник питания , напряжение которого изменяется от 11,5 В до 12 В (пульсация) каждые 10 мс, что является обычным для устройств с питанием от сети из-за частоты 50 Гц, и вам необходимо установить крышку на клеммы, чтобы сгладить вольтаж.Если ток нагрузки в этом случае составляет 1А, то мы можем переписать формулу таким образом, чтобы узнать емкость:
(I * dt) / dV
Где I — ток нагрузки, dt — период шума, а dV — напряжение пульсации. Подставляя значения, мы находим, что нам нужна емкость 20000 мкФ. Может показаться, что это много, но вам может сойти с рук гораздо меньше. Полученное значение служит только ориентировочным.
В реальной жизни вы можете встретить несколько типов и значений конденсаторов на трассах питания, это необходимо для уменьшения содержания шума на многих частотах и получения максимально плавного напряжения.
Еще одно применение конденсаторов — в таких сложных фильтрах, как этот:
Но более простым фильтром был бы RC-фильтр , здесь описан один интересный фильтр.
Плата микроконтроллера Arduino известна всем. Универсальный инструмент, но вы никогда не задумывались, почему аналоговые выходы выдают цифровой сигнал ШИМ? Это потому, что они были разработаны для использования с внешней сетью фильтрации для сглаживания напряжения ШИМ до действительно аналогового напряжения.Это можно сделать с помощью таких простых деталей, как резистор 1 кОм и конденсатор 10 мкФ. Попытайся!
Другое использование, как упомянуто выше, — это время. Простой генератор может быть построен с использованием логического элемента И-НЕ (попробуйте выяснить, почему логический элемент И не работает), резистора и конденсатора.
Предполагая, что изначально на конденсаторе нет напряжения, входы И-НЕ (которые связаны вместе) видят на них близкое к 0 В и включают выход. Теперь крышка заряжается через резистор.Когда он достигает «высокого» порога затвора, выходной сигнал переключается на низкий уровень, и теперь крышка разряжается. Этот цикл продолжает формировать выходной сигнал прямоугольной формы с частотой, зависящей от значений R и C.
Наконец, еще одно интересное применение конденсаторов — накопление энергии. Конечно, конденсаторы не подходят для аккумуляторов, но для некоторых приложений, которые быстро нуждаются в энергии, лучше всего подходят конденсаторы.
Устройства, такие как койлганы (больше можно найти в Интернете), нуждаются в большом импульсе тока для ускорения снаряда, поэтому для подобных целей используются высоковольтные конденсаторы, часто с такими номиналами, как 450 В, 1500 мкФ, которые могут хранить значительные количества энергии.
Заключение
Вот и все! Теперь вы знаете о конденсаторах значительно больше, чем то, с чего начинали. Теперь вы можете создавать простые конденсаторные цепи. Помните, что есть еще много чего узнать, и не переключайте клеммы источника питания!
Что такое конденсатор (C)
Что такое конденсатор и расчет конденсатора.
Что такое конденсатор
Конденсатор — это электронный компонент, который хранит электрический заряд.Конденсатор состоит из двух замкнутых проводников (обычно пластин), которые разделены диэлектрическим материалом. Пластины накапливаются электрический заряд при подключении к источнику питания. Одна тарелка накапливает положительный заряд, а другая пластина накапливает отрицательный заряд.
Емкость — это количество электрического заряда, который сохраняется в конденсаторе при напряжении 1 Вольт.
Емкость измеряется в единицах Фарад (Ф).
Конденсатор отключает ток в цепях постоянного (DC) и короткое замыкание в цепях переменного (AC).
Фотографии конденсатора
Обозначения конденсаторов
Емкость
Емкость (C) конденсатора равна электрическому заряду (Q), деленному на напряжение (В):
C — емкость в фарадах (Ф)
Q — это электрический заряд в кулонах (C), накопленный на конденсаторе
В — напряжение между пластинами конденсатора в вольтах (В)
Емкость пластин конденсатора
Емкость (C) пластин конденсатора равна диэлектрической проницаемости (ε), умноженной на площадь пластины (A), деленную на зазор или расстояние между пластинами (d):
C — емкость конденсатора в фарадах (Ф).
ε — диэлектрическая проницаемость диалектического материала конденсатора в фарадах на метр (Ф / м).
А — площадь пластины конденсатора в квадратных метрах ( 2 м).
d — расстояние между пластинами конденсатора в метрах (м).
Конденсаторы серии
Суммарная емкость конденсаторов, включенных последовательно, C1, C2, C3, ..:
Конденсаторы параллельно
Суммарная емкость конденсаторов, включенных параллельно, C1, C2, C3 ,.. :
C Всего = C 1 + C 2 + C 3 + …
Ток конденсатора
Мгновенный ток конденсатора i c (t) равен емкости конденсатора
раз производная мгновенного напряжения конденсатора v c (t):
Напряжение конденсатора
Мгновенное напряжение конденсатора v c (t) равно начальному напряжению конденсатора
плюс 1 / C, умноженный на интеграл мгновенного тока конденсатора i c (t) за время t:
Энергия конденсатора
Накопленная энергия конденсатора E C в джоулях (Дж) равна емкости C в фарадах (Ф)
раз больше напряжения конденсатора квадратной формы В C в вольтах (В) разделенных на 2:
E C = C × V C 2 /2
Цепи переменного тока
Угловая частота
ω = 2 π f
ω — угловая скорость, измеренная в радианах в секунду (рад / с)
f — частота, измеренная в герцах (Гц).
Реактивное сопротивление конденсатора
Импеданс конденсатора
Декартова форма:
Полярная форма:
Z C = X C ∟-90º
Типы конденсаторов
| Конденсатор переменной емкости | Конденсатор переменной емкости с изменяемой емкостью |
| Конденсатор электролитический | Электролитические конденсаторы используются, когда требуется высокая емкость.Большинство электролитических конденсаторов поляризованные |
| Сферический конденсатор | Сферический конденсатор сферической формы |
| Конденсатор силовой | Силовые конденсаторы используются в высоковольтных энергосистемах. |
| Керамический конденсатор | Керамический конденсатор имеет керамический диэлектрический материал. Имеет функцию высокого напряжения. |
| Танталовый конденсатор | Диэлектрический материал из оксида тантала.Имеет высокую емкость |
| Слюдяной конденсатор | Конденсаторы высокой точности |
| Конденсатор бумажный | Бумажный диэлектрический материал |
См. Также:
Что такое конденсатор? (с рисунком)
Конденсатор — это инструмент, состоящий из двух проводящих пластин, на каждой из которых находится противоположный заряд. Эти пластины разделены диэлектриком или изолятором другой формы, который помогает им поддерживать электрический заряд.В конденсаторах используются несколько типов изоляторов, включая керамические, полиэфирные, танталовые, воздушные и полистирольные. Другие распространенные изоляторы включают воздух, бумагу и пластик. Каждый из них эффективно предотвращает соприкосновение пластин друг с другом.
Бен Франклин использовал лейденскую банку в своем знаменитом эксперименте с воздушным змеем.Существует несколько различных способов использования конденсатора, например, для хранения аналоговых сигналов и цифровых данных. Другой тип используется в индустрии телекоммуникационного оборудования для регулировки частоты и настройки телекоммуникационного оборудования. Это часто называют конденсатором переменной емкости . Конденсатор также идеально подходит для хранения электронов, но не может их создавать.
Первым конденсатором была лейденская банка, изобретенная в Нидерландском университете в 18 веке.Он представляет собой стеклянную банку, покрытую металлом изнутри и снаружи. Стержень соединен с внутренним слоем металла, проходит через крышку и завершается металлическим шариком. Как и все конденсаторы, банка содержит противоположно заряженный электрод и пластину, разделенную изолятором. Лейденская банка использовалась для проведения экспериментов с электричеством в течение сотен лет.
А конденсатор можно измерить по напряжению, которое различается на каждой из двух внутренних пластин.Обе пластины заряжены, но ток течет в противоположных направлениях. Конденсатор содержит 1,5 вольта, что соответствует напряжению в обычных батареях AA. Когда используется напряжение, одна из двух пластин заполняется постоянным током. В то же время ток течет от другой пластины.
Чтобы понять поток напряжения в конденсаторе, полезно взглянуть на естественные примеры.Молния, например, работает аналогичным образом. Облако представляет одну из пластин, а земля — другую. Молния — это фактор зарядки, движущийся между землей и облаком.
Часть 7: Емкость и конденсаторы
7.1 Электрический заряд и электрические поля
Рассмотрим пару плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу (как на рисунке 7.1) и разделенных изолятором, который может быть просто воздухом. Каждая пластина как электрический проводник будет содержать большое количество подвижных отрицательно заряженных электронов. Если пластины подключены к источнику постоянного тока, отрицательные электроны будут притягиваться от верхней пластины к положительному полюсу источника питания, но для каждого электрона, который делает это, другой должен покинуть отрицательный полюс источника питания и перейти к нижней пластине.Верхняя пластина станет положительно заряженной из-за нехватки электронов, тогда как избыток электронов на нижней пластине даст ей отрицательный заряд. Различие в полярности заряда между пластинами означает, что между ними существует разность потенциалов (PD), поток электронов умирает и прекращается, когда PD между пластинами совпадает с напряжением питания. Как только это произошло, источник питания больше не может поставлять достаточно энергии для удаления электронов с верхней пластины или проталкивания электронов на нижнюю пластину, и пластины называются «заряженными».
Рисунок 7.1: Система заряженных пластин
Между двумя заряженными пластинами существует электрическое поле. Подобно магнитному полю, электрическое поле нельзя увидеть, но его можно описать в терминах движущейся через него заряженной частицы. Также, как и магнитные поля, электрические поля представляются как линий электрического потока .
Рис. 7.2: Электрическое поле между двумя заряженными пластинами.
Если пластины отсоединить от источника питания и соединить вместе через резистор, электроны потекут с отрицательно заряженной пластины на положительно заряженную.Этот ток исчезнет, поскольку заряды на пластинах уменьшатся. По мере прохождения тока он выделяется в виде тепла, поэтому видно, что энергия накапливается в заряженном конденсаторе.
Заряд, накопленный в электрическом поле, можно измерить в кулонах (Кл), то есть ток, протекающий для зарядки пластин, умноженный на время, в течение которого происходит течение. Однако следует отметить, что при постоянном напряжении питания ток будет уменьшаться по мере увеличения заряда на пластинах, так что пластины не заряжаются постоянным током.На практике общий заряд, который может накапливаться параллельными пластинами, зависит от площади пластины, расстояния между пластинами, частичного разряда между ними и природы изоляционного материала, который их разделяет.
7.2 Емкость
Для любой системы параллельных пластин отношение количества накопленного заряда к частичному разряду между пластинами является постоянным. Эта постоянная называется емкостью (Кл), а система накопительных пластин называется конденсатором (иногда ошибочно называют конденсатор ).Условное обозначение цепи конденсатора показано на рисунке 7.3.
Рисунок 7.3: Условное обозначение цепи конденсатора.
Единица измерения емкости — фарад (Ф) и:
где:
C = емкость (F)
Q = накопленный заряд в емкости (C)
U = частичный разряды между пластинами конденсатора (В)
Поскольку в Части 1 мы отметили, что Q = I t, мы можем сказать, что:
где:
I = средний ток заряда конденсатора (C)
t = время, в течение которого проходит ток заряда (с)
Конденсатор имеет емкость в одну фараду, если он может хранить один кулон, когда частичный разряд между его пластинами составляет один вольт.Однако, поскольку на практике один фарад оказывается довольно большим значением емкости, большинство емкостей указывается в микрофарадах (мкФ), что равно 1 × 10 -6 F.
Обратите внимание, что если к конденсатору подключено постоянное напряжение, конденсатор будет заряжаться до тех пор, пока ЧР на нем не станет таким же, как напряжение питания. Он будет оставаться заряженным до тех пор, пока не будет обеспечен путь для прохождения тока между пластинами. Однако, если конденсатор подключен к источнику переменного тока, где направление тока постоянно меняется, он будет постоянно заряжаться и разряжаться.
7.3 Пробой диэлектрика и диэлектрическая проницаемость
Изоляционный материал, который занимает пространство между пластинами конденсатора, называется диэлектриком . Изоляционные материалы обычно не проводят электричество, потому что в них нет свободных электронов, которые могли бы течь как ток. Однако, если изоляторы подвергаются воздействию достаточно сильного электрического поля, электроны могут вырываться, и изолирующие свойства теряются в процессе, называемом пробой диэлектрика .Это явление может быть очень серьезным при нарушении изоляции кабеля.
Напряженность электрического поля может быть выражена через частичные разряды, приложенные к изолятору определенной толщины, это значение называется средним градиентом потенциала и обычно измеряется в киловольтах на миллиметр (кВ / мм). Градиент потенциала, при котором изолятор выходит из строя, называется его диэлектрической прочностью , и его можно использовать как меру того, насколько хорош изолятор. В таблице 7.1 приведены значения диэлектрической прочности нескольких изоляторов.
Пример
Пропитанный бумажный конденсатор силового конденсатора с параллельными пластинами имеет толщину 0,5 мм и электрическую прочность 5 кВ / мм. Если соответствующий конденсатор имеет приложенное частичное напряжение 1,8 кВ, каков средний градиент потенциала в бумаге? При каком приложенном напряжении можно ожидать выхода конденсатора из строя?
| Материал | Диэлектрическая прочность (кВ / мм) | Приложения |
|---|---|---|
| Воздух | 3 | Общие |
| Бакелит | 20-25 | Вилки, оборудование и т. Д. |
| Битум | 14 | Коробки уплотнительные |
| Стекло | 50-120 | Изоляторы воздушные |
| Слюда | 40–150 | Коммутаторы, горячие элементы, конденсаторы |
| Миканит | 30 | Станки |
| Пропитанная бумага | 4-10 | Кабели силовые, конденсаторы |
| Парафиновый воск | 8 | конденсаторы |
| Фарфор | 9-10 | Держатели предохранителей, изоляторы ВЛ |
Диэлектрические материалы также можно охарактеризовать с помощью их относительной диэлектрической проницаемости (ε r ).Абсолютная диэлектрическая проницаемость материала определяется как отношение заряда на единицу площади на поверхности этого материала к напряженности создаваемого электрического поля. Относительная диэлектрическая проницаемость определяется как отношение емкости конденсатора с рассматриваемым материалом между пластинами к емкости того же конденсатора с вакуумом между пластинами. Это отношение также равно диэлектрической проницаемости диэлектрика диэлектрической проницаемости свободного пространства (т.е.е. вакуум). Таким образом:
где:
ε r = относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала, без единиц
C = емкость конденсатора с рассматриваемым материалом (F)
C 0 = емкость того же конденсатора с вакуумом между пластина (F)
ε = абсолютная диэлектрическая проницаемость материала (Ф / м)
ε 0 = диэлектрическая проницаемость свободного пространства (Ф / м)
Обратите внимание, что диэлектрическая проницаемость свободного пространства является константой, равной 8,85 × 10 -12 Ф / м (или C 2 / Нм 2 ), и что по определению относительная диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1.Также обратите внимание, что диэлектрическая проницаемость (ε) по концепции и названию очень похожа на проницаемость (μ) магнитных материалов, однако их не следует путать. Таблица 7.2 содержит относительную проницаемость некоторых распространенных диэлектрических материалов.
| Диэлектрический материал | Относительная диэлектрическая проницаемость (ε r ) |
|---|---|
| Воздух | 1 |
| Бакелит | 4.5-5,5 |
| Стекло | 5-10 |
| Микра | 3-7 |
| Пропитанная бумага | 2 |
| Полистирол | 2,5 |
| Фарфор | 6-7 |
7,4 Конденсаторы параллельно и последовательно
Рассмотрим три конденсатора, включенных параллельно, как показано на рисунке 7.4, у каждого из них будет одинаковое напряжение (В), а общий заряд (Q T ) будет суммой отдельных зарядов.Следовательно:
Рисунок 7.4: Три конденсатора параллельно.
Но Q = CV, и если C T — эквивалентная емкость трех конденсаторов:
Следовательно:
Теперь рассмотрим три последовательно включенных конденсатора, как показано на рисунке 7.5. Напряжение питания распределяется между тремя конденсаторами, и поскольку через каждый конденсатор будет протекать одинаковый зарядный ток, каждый из них получит одинаковый заряд за одно и то же время. Таким образом:
Рисунок 7.5: Три конденсатора последовательно.
Но U = Q / C, поэтому, если C T — эквивалентное значение трех последовательно соединенных конденсаторов:
Следовательно:
Пример
Рассчитайте эквивалентную емкость конденсаторов 5 мкФ, 10 мкФ и 30 мкФ, соединенных последовательно.
Эти конденсаторы подключены к источнику питания 240 В постоянного тока. Рассчитайте заряд каждого конденсатора и разность потенциалов на каждом из них.
Общий накопленный заряд:
Поскольку конденсаторы соединены последовательно, заряд каждого из них равен общему заряду, т.е.е. 720 мкКл.
Частичные разряды через конденсатор 5 мкФ:
ЧР через конденсатор 10 мкФ:
ЧР через конденсатор 30 мкФ:
Проверить: 144 + 72 + 24 = 240В
Обратите внимание, что конденсатор с наименьшим значением имеет наибольшее напряжение на нем, и если конденсаторы аналогичной конструкции, все они должны быть рассчитаны на максимальное напряжение. По этой причине конденсаторы не часто подключают последовательно, если они не идентичны.
7,5 Емкость параллельного конденсатора
Емкость конденсатора с параллельными пластинами зависит от:
- Площадь пластины (A в м 2 ), так что C α A
- Расстояние между пластинами (d в м 2 ), так что C α 1/ d
- Абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (ε в Ф / м), так что C α ε
- Количество пластин (N), конденсаторы могут быть сконструированы из ряда соединенных пластин (рисунок 7.6), так что C α (N-1).
Объединение вышеуказанных факторов дает:
На самом деле используется абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, и поскольку ε = ε r ε 0 , уравнение принимает следующий вид:
Рисунок 7.6: Конденсатор с чередующимися пластинами, содержащий 11 пластин, дефектно 10 конденсаторов, включенных параллельно.
7.6 Энергия, запасенная в конденсаторе
Подобно индукторам, которые накапливают энергию в магнитном поле, конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле.Однако, в отличие от катушек индуктивности, конденсаторы могут сохранять запасенную энергию после отключения питания, хотя со временем она рассеивается. Энергия, запасенная в конденсаторе, может быть выражена по формуле:
Количество энергии, хранящейся в большинстве конденсаторов, невелико, тем не менее, этого достаточно, чтобы вызвать у человека электрошок. Хотя заряд и, следовательно, энергия со временем улетучатся, разрядный резистор обычно подключается к клеммам конденсатора. Такой резистор должен иметь достаточно высокое значение, чтобы предотвратить протекание через него заметных токов от источника заряда, но достаточно низкое, чтобы разрядить конденсатор за разумное время.Типичное значение — 10 МОм.
7.7 Кривые роста и спада
Как упоминалось в разделе 7.1, ток зарядки двух параллельных пластин не является постоянным, а затухает по мере нарастания заряда и увеличения частичных разрядов на выводах конденсаторов. Рассмотрим схему на рис. 7.7, где конденсатор подключен последовательно с резистором к источнику постоянного тока с ЭДС E вольт. Мгновенное ЧР на конденсаторе (то есть ЧР в любой момент времени, t ) обозначается v , мгновенный ток, протекающий через конденсатор, составляет i , а мгновенный заряд конденсатора составляет q .
Рисунок 7.7: Цепь заряда и разряда конденсатора.
Если конденсатор изначально не заряжен, когда переключатель находится в положении 1, начальный ток (I 0 ) будет равен I 0 = V / R. По мере накопления заряда на конденсаторе также увеличивается и PD ( v ) на его пластинах. Это напряжение противодействует заряду, протекающему к конденсатору, и эффективное напряжение цепи становится V- v , а мгновенный ток будет меньше начального.Таким образом:
Следовательно, ток, который изначально был большим, спадает по мере зарядки, в то время как напряжение на конденсаторе и заряд на конденсаторе возрастают (рисунок 7.8). Когда конденсатор полностью заряжен, v = E и q = Q, где Q — максимальный заряд конденсатора (Q = CV).
Когда переключатель переведен в положение 2, конденсатор разрядится. Первоначально v = E и I 0 = E / R, однако по мере продолжения разрядки v уменьшается, а i = v / R.И напряжение, и ток падают по аналогичной кривой, и при этом заряд, удерживаемый конденсатором, также уменьшается (рисунок 7.9).
Рисунок 7.8: Кривая зарядки конденсатора.
Рисунок 7.9: Кривая разрядки конденсатора.
Время, необходимое для зарядки и разрядки, зависит от постоянной времени (τ) цепи, которая определяется как:
, и конденсатор обычно разряжается за 5 постоянных времени. Уравнения для зарядки и разрядки конденсаторов очень похожи на уравнения для кривых роста и спада для индукторов.Они включены сюда для полноты картины.
Мгновенный заряд при зарядке:
Мгновенный ток при зарядке:
Мгновенный заряд при разрядке:
Мгновенный ток при разряде:
Базовая электротехникаНАЖМИТЕ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ | |||||||
| |||||||
PDF ФАЙЛ — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТИ НА ОСНОВЕ РАБОТА НИЖЕ | |||||||
Конденсаторы — это компоненты, которые используются для хранения электрического заряда и используются в схемах таймера. Можно использовать конденсатор с резистором, чтобы произвести таймер.Иногда конденсаторы используются для сглаживания ток в цепи, поскольку они могут предотвратить ложное срабатывание других компоненты, такие как реле. Когда питание подается в цепь, которая включает конденсатор — конденсатор заряжается. При отключении питания конденсатор медленно разряжает свой электрический заряд. | |||||||
Конденсатор состоит из двух проводников, разделенных изоляционный материал под названием DIELECTRIC.Диэлектрик может быть бумажным, полиэтиленовая пленка, керамика, воздух или вакуум. Пластины могут быть алюминиевыми дисками, алюминиевая фольга или тонкая металлическая пленка, нанесенная на противоположные стороны твердого тела диэлектрик. Сэндвич ПРОВОДНИК — ДИЭЛЕКТРИК — ПРОВОДНИК можно свернуть в цилиндр или левую плоскость | |||||||
КАК РАБОТАЕТ КОНДЕНСАТОР | |||||||
Когда цепь включена, светодиод излучает свет, и конденсатор заряжается.Когда переключатель повернут при выключенном светодиоде светится несколько секунд, потому что электричество хранящийся в конденсаторе медленно разряжается. Когда он полностью разряжен это электричество, светодиод больше не излучает свет. Если установлен резистор в цепи конденсатор заряжается медленнее, но и разряжается больше медленно. Что будет со светом? | |||||||
Конденсаторы электролитические поляризованные это означает, что они имеют положительный и отрицательный вывод и должны быть расположены в
цепь в правильном направлении (положительный провод должен идти к положительному
сторона схемы). Неэлектролитические конденсаторы обычно имеют меньшую емкость. ЕМКОСТЬ — означает номинал конденсатора. | |||||||
Обратите внимание на электролитический конденсаторы выше.Все они имеют два поляризованных вывода, другими словами, они есть положительная и отрицательная нога. Этот тип конденсатора используется с ИС. такие как микросхема таймера 555, и именно конденсаторы и резисторы определить временную последовательность. | |||||||
Внимательно посмотрите фотографии двух типов конденсаторы.Вы можете определить, какой из них электролитический и неэлектролитический ? | |||||||
Простая схема (см. Ссылку ниже) представляет собой переключатель, который
подключен к компу. При нажатии переключателя компьютер обнаруживает
что реле замыкается, а затем включается двигатель. | |||||||
ПОМНИТЕ — есть поляризованные и неполяризованные конденсаторы. Ищите положительное и отрицательное знак. | |||||||
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПРИМЕРОВ — КАК КОНДЕНСАТОРЫ МОГУТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ | |||||||
Конденсаторы: все, что вам нужно знать | ОРЕЛ
Нет, мы здесь не говорим о Grand Theft Auto! Открывать крышку в мире электроники — это плохо, если вам не нравится видеть, как ваш электролитический конденсатор горит в огне.Конденсаторы играют важную роль в семействе пассивных электронных компонентов, и их можно использовать повсюду.
Помните вспышку в вашей цифровой камере? Конденсаторы делают это возможным. Или возможность переключать канал на телевизоре? Опять конденсаторы. Эти ребята — маленькие батарейки, которые «могут», и вам нужно знать все, что о них известно, прежде чем вы начнете работать над своим первым электронным проектом.
Это как бутерброд с мороженым
Для простоты — конденсатор накапливает электрический заряд , очень похоже на батарею.Также называемые caps , вы найдете этих парней в приложениях, где требуется накопление энергии, подавление напряжения и даже фильтрация сигналов. А как они выглядят? Ну бутерброд с мороженым!
Что бы вы сделали с баром «Клондайк»? Сравните это, конечно, с конденсатором! (Источник изображения)
Подумайте о том восхитительном бутерброде с мороженым, который вам понравился в тот душный летний день. У вас есть вкусная корочка с двух сторон и кремовый кусок ванильного мороженого посередине.Эта композиция из двух внешних слоев и одного внутреннего слоя — это то, как выглядит конденсатор. Вот из чего они сделаны:
- Начиная снаружи. Сверху и снизу конденсатора вы найдете набор металлических пластин, также называемых проводниками. Электрический заряд находит эти металлические пластины очень привлекательными.
- Сидит посередине. Среди этих двух металлических пластин вы найдете изолятор или материал, к которому не притягивается электричество.Этот изолятор обычно называют диэлектриком и может быть изготовлен из бумаги, стекла, резины, пластика и т. Д.
- Соединяем вместе. Две металлические пластины наверху и внизу крышки соединены двумя электрическими клеммами, которые соединяют ее с остальной частью цепи. Один конец конденсатора подключается к источнику питания, а другой — к земле.
Внутренняя структура конденсатора, у нас есть две металлические пластины, внутренний диэлектрик и соединительные клеммы.
Конденсаторы всех форм и размеров
Конденсаторыбывают разных форм и размеров, каждый из которых определяет, насколько хорошо они могут удерживать заряд. Три наиболее распространенных типа конденсаторов, с которыми вы столкнетесь, включают керамический конденсатор, электролитический конденсатор и суперконденсатор:
Конденсаторы керамические
Это конденсаторы, с которыми вы, вероятно, будете работать в своем первом электронном проекте с использованием макета. В отличие от своих электролитических аналогов, керамические конденсаторы удерживают меньший заряд, но и меньше пропускают ток.Они также оказываются самыми дешевыми конденсаторами из всей группы, так что запасайтесь! Вы можете быстро определить керамический конденсатор со сквозным отверстием, посмотрев на маленькие желтые или красные лампочки с двумя торчащими из них выводами.
Три типа керамических конденсаторов, вы будете использовать их на макетных платах. (Источник изображения)
Конденсаторы электролитические
Эти парни выглядят как маленькие консервные банки, которые вы найдете на печатной плате, и в их крошечном следе могут удерживаться огромные электрические разряды.Это также единственный тип конденсатора, который поляризован, а это означает, что они будут работать только при подключении с определенной ориентацией. На этих электролитических конденсаторах есть положительный вывод, называемый анодом, и отрицательный вывод, называемый катодом. Анод всегда нужно подключать к более высокому напряжению. Если вы подключите его наоборот, когда на катоде будет более высокое напряжение, приготовьтесь к взрыву крышки!
Электролитический конденсатор, обратите внимание на положительный вывод и более длинный (анод) и более короткий отрицательный вывод (катод).(Источник изображения)
Несмотря на то, что электролитические колпачки способны удерживать большое количество электрического заряда, они также хорошо известны тем, что пропускают ток быстрее, чем керамические колпачки. Из-за этого они не лучший выбор, когда вам нужно хранить энергию.
Суперконденсаторы
Supercaps — супергерои семейства конденсаторных, они могут хранить большое количество энергии! К сожалению, суперкапс не очень хорошо справляется с избыточным напряжением, и вы окажетесь без колпачка, если превысите максимальное напряжение, указанное в таблице данных.ПОП!
В отличие от электролитических конденсаторов, вы обнаружите, что суперконденсаторы используются для хранения и разряда энергии, как и батареи. Но в отличие от батареи, суперкапсы высвобождают свой заряд сразу, и вы никогда не получите такой же срок службы, как обычный аккумулятор.
Посмотрите на этот мощный supercap ! Он имеет огромную емкость 3000F. (Источник изображения)
Обозначения конденсаторов
Идентифицировать конденсатор на первой схеме очень просто, поскольку они бывают только двух типов: стандартные и поляризованные.Обратите внимание на символ стандартного конденсатора ниже. Вы заметите, что это всего лишь две простые линии с пробелом между ними. Это две металлические пластины, которые вы найдете сверху и снизу физического конденсатора.
Поляризованный конденсатор выглядит немного иначе и имеет дугообразную линию в нижней части, а также положительный вывод наверху. Этот положительный вывод очень важен и указывает, как этот поляризованный конденсатор должен быть подключен. Положительная сторона всегда подключается к источнику питания, а сторона дуги подключается к земле.
Два наиболее распространенных типа конденсаторов, которые вы увидите на схемах для США, стандартные и поляризованные.
Кто изобрел эти вещи?
Хотя многие считают английского химика Майкла Фарадея пионером сегодняшнего конденсатора, он не был первым, кто его изобрел. То, что сделал Фарадей, было важно — в своих экспериментах он продемонстрировал первые практические примеры конденсатора и способы его использования для хранения электрического заряда. И благодаря Фарадею у нас также есть способ измерить заряд, который может удерживать конденсатор, известный как емкость, который измеряется в Фарадах!
Гениальный английский химик Майкл Фарадей, пионер конденсаторов, которые мы используем сегодня.(Источник изображения)
До Майкла Фарадея, некоторые записи указывают на то, что покойный немецкий ученый Эвальд Георг фон Клейст изобрел первый конденсатор в 1745 году. Несколько месяцев спустя голландский профессор по имени Питер ван Мушенбрук придумал похожий дизайн, теперь известный как Лейденская банка. Странное время, правда? Однако все это было просто совпадением, и оба ученых в равной степени получили признание за их первоначальные изобретения конденсатора.
Самый ранний образец конденсатора, лейденская банка.(Источник изображения)
Знаменитый Benjamin Franklin позже усовершенствовал дизайн Лейденской банки, созданный Musschenbroek. Франклин также смог обнаружить, что использование плоского куска стекла было отличной альтернативой целой банке. Так родился первый плоский конденсатор, получивший название площади Франклина.
Колпачки в действии — как они работают
Давайте подробно рассмотрим, как работают эти мощные конденсаторы, на практическом примере. Вы ведь раньше пользовались цифровой камерой? Тогда вы знаете, что между нажатием кнопки, чтобы сделать снимок, и моментом срабатывания вспышки есть несколько коротких моментов.
Что здесь происходит? К вспышке прикреплен конденсатор, который заряжается после того, как вы нажмете кнопку, чтобы сделать снимок. Как только этот конденсатор полностью заряжается аккумулятором камеры, вся эта энергия взрывается наружу в ослепительной вспышке света!
Обратите внимание, конденсатор, который делает возможной вспышку в этой камере. (Источник изображения)
Так как же все это произошло? Заглянем изнутри в загадочный мир конденсатора:
- Начинается с зарядки. Электрический ток от источника питания сначала течет в конденсатор и застревает на первой пластине. Почему застревает? Потому что есть изолятор, который не пропускает отрицательно заряженную электронику.
- Накапливаются заряды. По мере того, как все больше и больше электронов прилипают к этой первой пластине, она становится отрицательно заряженной и в конечном итоге отталкивает все лишние электроны, с которыми она не может справиться, к другой пластине. Затем эта вторая пластина становится положительно заряженной.
- Заряд сохраняется. По мере того, как две пластины конденсатора продолжают заряжаться, отрицательные и положительные электроны отчаянно пытаются соединиться, но этот противный изолятор в центре не позволяет им, создавая электрическое поле. Вот почему крышка продолжает удерживать и накапливать заряд, потому что существует бесконечный источник напряжения между отрицательной и положительной сторонами двух пластин, которые не разрешены.
- Заряд освобождается. Рано или поздно две пластины в нашем конденсаторе не смогут удерживать заряд, так как они на пределе емкости.Но что происходит сейчас? Если в вашей цепи есть путь, по которому электрический заряд может течь в другом месте, то все электроны в вашей шапке разрядятся, наконец прекратят свое напряжение, когда они будут искать другой путь друг к другу.
Измерение заряда
Как можно измерить, сколько заряда хранится в конденсаторе? Каждый колпачок рассчитан на определенную емкость. Он измеряется в фарадах по английскому химику Майклу Фарадею. Поскольку в одном фараде содержится тонна электрического заряда, вы обычно видите конденсаторы, измеряемые в пикофарадах или микрофарадах.Вот полезная диаграмма, которая показывает, как разбиваются эти измерения:
| Имя | Сокращение | Фарады |
| Пикофарад | пФ | 0,000000000001 Ф |
| нанофарад | нФ | 0,000000001 Ф |
| Микрофарад | мкФ | 0,000001 Ф |
| Милифарад | мФ | 0.001 F |
| Килофарад | кФ | 1000 Ф |
Теперь, чтобы выяснить, сколько заряда в данный момент хранится в конденсаторе, вам понадобится следующее уравнение:
В этом уравнении общий заряд представлен как (Q) , и соотношение этого заряда можно найти, умножив емкость конденсатора ( C ) на приложенное к нему напряжение ( В ). Следует отметить, что емкость конденсатора напрямую зависит от его напряжения.Таким образом, чем больше вы увеличиваете или уменьшаете источник напряжения в цепи, тем больший или меньший заряд будет у вашего конденсатора.
Емкость в параллельных и последовательных цепях
Когда вы размещаете конденсаторы в цепи параллельно, вы можете определить общую емкость, сложив вместе все отдельные емкости.
Получить общую емкость в параллельной цепи так же просто, как 1 + 1, просто сложите их все вместе! (Источник изображения)
При последовательном размещении конденсаторов общая емкость вашей цепи является обратной величиной всех ваших суммированных емкостей.Вот краткий пример. Если у вас есть два конденсатора по 10 Ф, соединенные последовательно, то они будут давать общую емкость 5 Ф.
Получить полную емкость в последовательной цепи немного сложнее. Емкость уменьшается вдвое. (Источник изображения)
Начало работы
Теперь, когда у нас есть твердое представление о том, что такое конденсаторы, как они работают и как измеряются, давайте рассмотрим три распространенных применения конденсаторов. Сюда входят такие приложения, как развязывающие конденсаторы, накопители энергии и емкостные сенсорные датчики.
Конденсатор развязки
В наши дни вам будет трудно найти схему, в которой нет интегральной схемы или ИС. В этих типах схем конденсаторы должны выполнять важную работу, удаляя весь высокочастотный шум, обнаруживаемый в сигналах источника питания, питающих ИС.
Почему это необходимая работа для нашего конденсатора? Любые колебания напряжения могут быть фатальными для ИС и даже могут привести к неожиданному отключению питания микросхемы. Помещая конденсаторы между ИС и источником питания, они успокаивают колебания напряжения, а также действуют как второй источник питания, если первичная мощность падает до уровня, достаточного для выключения ИС.
Разделительный конденсатор для контроля колебаний напряжения.
Накопитель энергии
Конденсаторыимеют много общих характеристик с батареями, включая их способность накапливать энергию. Однако, в отличие от батареи, конденсаторы не выдерживают такой большой мощности. Но хотя они и не успевают по количеству, они стараются разрядиться как можно быстрее! Конденсаторы могут передавать энергию намного быстрее, чем аккумулятор, что делает их идеальным выбором для питания вспышки в камере, настройки радиостанции или переключения каналов на телевизоре.
Емкостные сенсорные датчики
Одно из последних достижений в области применения конденсаторов связано с бурным ростом технологий сенсорных экранов. Стеклянные экраны, из которых состоят эти сенсорные датчики, имеют очень тонкое прозрачное металлическое покрытие. Когда ваш палец касается экрана, это вызывает падение напряжения, определяющее точное местоположение вашего пальца!
Емкостные сенсорные датчики в действии с защитной накладкой и печатной платой. (Источник изображения)
Практика — выбор конденсатора
Давайте перейдем к сфере практичности и поговорим о том, на что обращать внимание при выборе следующего конденсатора.Необходимо учитывать пять переменных, в том числе:
- Размер — включает как физический размер вашего конденсатора, так и его общую емкость. Не удивляйтесь, если выбранный вами конденсатор будет самой большой частью вашей печатной платы, поскольку чем больше вам требуется емкости, тем больше они становятся.
- Допуск — Конденсаторы, как и их аналоги с резисторами, имеют переменный допуск. Вы найдете допуск для конденсаторов в пределах от ± 1% до ± 20% от заявленного значения.
- Максимальное напряжение — Каждый конденсатор имеет максимальное напряжение, с которым он может работать. В противном случае он взорвется! Вы найдете максимальное напряжение от 1,5 до 100 В.
- Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — Как и любой другой физический материал, выводы конденсатора имеют очень маленькое сопротивление. Это может стать проблемой, если вам нужно помнить о потерях тепла и мощности.
- Ток утечки — В отличие от наших батарей, в конденсаторах происходит утечка накопленного заряда.И пока он истощается медленно, вы должны обратить внимание на то, насколько утечки в вашем конденсаторе, если это основная функция, заключается в хранении энергии.
Все заряжены
Вот и все, что вам нужно знать о конденсаторах, чтобы полностью зарядиться для вашего следующего электронного проекта! Конденсаторы — это очаровательная небольшая группа, способная накапливать электрический заряд для множества применений, и они даже могут выступать в качестве вторичного источника питания для этих чувствительных интегральных схем.При работе с конденсаторами внимательно следите за максимально возможным напряжением. В противном случае вы получите несколько взрывающихся крышек, как вы увидите на видео:
Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE бесплатно включает в себя массу библиотек конденсаторов? Начните со своего следующего проекта в области электроники и забудьте о создании собственных деталей! Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня.
