Меню

Максимальный ток для конденсатора

Переменный ток

Господа, в сегодняшней статье я хотел бы рассмотреть такой интересный вопрос, как конденсатор в цепи переменного тока. Эта тема весьма важна в электричестве, поскольку на практике конденсаторы повсеместно присутствуют в цепях с переменным током и, в связи с этим, весьма полезно иметь четкое представление, по каким законам изменяются в этом случае сигналы. Эти законы мы сегодня и рассмотрим, а в конце решим одну практическую задачу определения тока через конденсатор.

Господа, сейчас для нас наиболее интересным моментом является то, как связаны между собой напряжение на конденсаторе и ток через конденсатор для случая, когда конденсатор находится в цепи переменного сигнала.

Почему сразу переменного? Да просто потому, что конденсатор в цепи постоянного тока ничем не примечателен. Через него течет ток только в первый момент, пока конденсатор разряжен. Потом конденсатор заряжается и все, тока нет (да-да, слышу, уже начали кричать, что заряд конденсатора теоретически длится бесконечно долгое время, да еще у него может быть сопротивление утечки, но пока что мы этим пренебрегаем). Заряженный конденсатор для постоянного тока – это как разрыв цепи. Когда же у нас случай переменного тока – тут все намного интереснее. Оказывается, в этом случае через конденсатор может протекать ток и конденсатор в этом случае как бы эквивалентен резистору с некоторым вполне определенным сопротивлением (если пока забить забыть про всякие там сдвиги фазы, об этом ниже). Нам надо каким-нибудь образом получить связь между током и напряжением на конденсаторе.

Пока мы будем исходить из того, что в цепи переменного тока находится только конденсатор и все. Без каких-либо других компонентов типа резисторов или индуктивностей. Напомню, что в случае, когда у нас в цепи находится исключительно одни только резисторы, подобная задача решается очень просто: ток и напряжения оказываются связанными между собой через закон Ома . Мы про это уже не один раз говорили. Там все очень просто: делим напряжение на сопротивление и получаем ток. А как же быть в случае конденсатора? Ведь конденсатор-то это не резистор. Там совсем иная физика протекания процессов, поэтому вот так вот с наскока не получится просто связать между собой ток и напряжение. Тем не менее, сделать это надо, поэтому давайте попробуем порассуждать.

Сперва давайте вернемся назад. Далеко назад. Даже очень далеко. К самой-самой первой моей статье на этом сайте. Старожилы должно быть помнят, что это была статья про силу тока . Вот в этой самой статье было одно интересное выражение, которое связывало между собой силу тока и заряд, протекающий через сечение проводника. Вот это самое выражение

Кто-нибудь может возразить, что в той статье про силу тока запись была через Δq и Δt – некоторые весьма малые величины заряда и времени, за которое этот заряд проходит через сечение проводника. Однако здесь мы будем применять запись через dq и dt – через дифференциалы. Такое представление нам потребуется в дальнейшем. Если не лезть глубоко в дебри матана, то по сути dq и dt здесь особо ничем не отличаются от Δq и Δt. Безусловно, глубоко сведущие в высшей математике люди могут поспорить с этим утверждением, но да сейчас я не хочу концентрировать внимание на данных вещах.

Итак, выражение для силы тока мы вспомнили. Давайте теперь вспомним, как связаны между собой емкость конденсатора С, заряд q, который он в себе накопил, и напряжение U на конденсаторе, которое при этом образовалось. Ну, мы же помним, что если конденсатор накопил в себе какой-то заряд, то на его обкладках неизбежно возникнет напряжение. Про это все мы тоже говорили раньше, вот в этой вот статье . Нам будет нужна вот эта формула, которая как раз и связывает заряд с напряжением

Давайте-ка выразим из этой формулы заряд конденсатора:

А теперь есть очень большой соблазн подставить это выражение для заряда конденсатора в предыдущую формулу для силы тока. Приглядитесь-ка повнимательнее – у нас ведь тогда окажутся связанными между собой сила тока, емкость конденсатора и напряжение на конденсаторе! Сделаем эту подстановку без промедлений:

Емкость конденсатора у нас является величиной постоянной. Она определяется исключительно самим конденсатором, его внутренним устройством, типом диэлектрика и всем таким прочим. Про все это подробно мы говорили в одной из прошлых статей . Следовательно, емкость С конденсатора, поскольку это константа, можно смело вынести за знак дифференциала (такие вот правила работы с этими самыми дифференциалами). А вот с напряжением U нельзя так поступить! Напряжение на конденсаторе будет изменяться со временем. Почему это происходит? Ответ элементарный: по мере протекания тока на обкладках конденсатора, очевидно, заряд будет изменяться. А изменение заряда непременно приведет к изменению напряжения на конденсаторе. Поэтому напряжение можно рассматривать как некоторую функцию времени и его нельзя выносить из-под дифференциала. Итак, проведя оговоренные выше преобразования, получаем вот такую вот запись:

Господа, спешу вас поздравить – только что мы получили полезнейшее выражение, которое связывает между собой напряжение, приложенное к конденсатору, и ток, который течет через него. Таким образом, если мы знаем закон изменения напряжения, мы легко сможем найти закон изменения тока через конденсатор путем простого нахождения производной.

А как быть в обратном случае? Допустим, нам известен закон изменения тока через конденсатор и мы хотим найти закон изменения напряжения на нем. Читатели, сведущие в математике, наверняка уже догадались, что для решения этой задачи достаточно просто проинтегрировать написанное выше выражение. То есть, результат будет выглядеть как-то так:

По сути оба этих выражений про одно и тоже. Просто первое применяется в случае, когда нам известен закон изменения напряжения на конденсаторе и мы хотим найти закон изменения тока через него, а второе – когда нам известно, каким образом меняется ток через конденсатор и мы хотим найти закон изменения напряжения. Для лучшего запоминания всего этого дела, господа, я приготовил для вас поясняющую картинку. Она изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Поясняющая картинка

На ней, по сути, в сжатой форме изображены выводы, которые хорошо бы запомнить.

Господа, обратите внимание – полученные выражения справедливы для любого закона изменения тока и напряжения. Здесь не обязательно должен быть синус, косинус, меандр или что-то другое. Если у вас есть какой-то совершенно произвольный, пусть даже совершенно дикий, не описанный ни в какой литературе, закон изменения напряжения U(t), поданного на конденсатор, вы, путем его дифференцирования можете определить закон изменения тока через конденсатор. И аналогично если вы знаете закон изменения тока через конденсатор I(t) то, найдя интеграл, сможете найти, каким же образом будет меняться напряжение.

Итак, мы выяснили как связать между собой ток и напряжение для абсолютно любых, даже самых безумных вариантов их изменения. Но не менее интересны и некоторые частные случаи. Например, случай успевшего уже нам всем полюбиться синусоидального тока. Давайте теперь разбираться с ним.

Пусть напряжение на конденсаторе емкостью C изменяется по закону синуса вот таким вот образом

Какая физическая величина стоит за каждой буковкой в этом выражении мы подробно разбирали чуть раньше . Как же в таком случае будет меняться ток? Используя уже полученные знания, давайте просто тупо подставим это выражение в нашу общую формулу и найдем производную

Или можно записать вот так

Господа, хочу вам напомнить, что синус ведь только тем и отличается от косинуса, что один сдвинут относительно другого по фазе на 90 градусов. Ну, или, если выражаться на языке математики, то . Не понятно, откуда взялось это выражение? Погуглите формулы приведения . Штука полезная, знать не помешает. А еще лучше, если вы хорошо знакомы с тригонометрическим кругом, на нем все это видно очень наглядно.

Господа, отмечу сразу один момент. В своих статьях я не буду рассказывать про правила нахождения производных и взятия интегралов. Надеюсь, хотя бы общее понимание этих моментов у вас есть. Однако даже если вы не знаете, как это делать, я буду стараться излагать материал таким образом, чтобы суть вещей была понятна и без этих промежуточных выкладок. Итак, сейчас мы получили немаловажный вывод – если напряжение на конденсаторе изменяется по закону синуса, то ток через него будет изменяться по закону косинуса. То есть ток и напряжение на конденсаторе сдвинуты друг относительно друга по фазе на 90 градусов. Кроме того, мы можем относительно легко найти и амплитудное значение тока (это множители, которые стоят перед синусом). Ну то есть тот пик, тот максимум, которого ток достигает. Как видим, оно зависит от емкости C конденсатора, амплитуды приложенного к нему напряжения Um и частоты ω. То есть чем больше приложенное напряжение, чем больше емкость конденсатора и чем больше частота изменения напряжения, тем большей амплитуды достигает ток через конденсатор. Давайте построим график, изобразив на одном поле ток через конденсатор и напряжение на конденсаторе. Пока без конкретных цифр, просто покажем качественный характер. Этот график представлен на рисунке 2 (картинка кликабельна).

Читайте также:  Проведите измерение силы тока в цепи результат измерения запишите в таблицу сила тока

Рисунок 2 – Ток через конденсатор и напряжение на конденсаторе

На рисунке 2 синий график – это синусоидальный ток через конденсатор, а красный – синусоидальное напряжение на конденсаторе. По этому рисунку как раз очень хорошо видно, что ток опережает напряжение (пики синусоиды тока находятся левее соответствующих пиков синусоиды напряжения, то есть наступают раньше).

Давайте теперь проделаем работу наоборот. Пусть нам известен закон изменения тока I(t) через конденсатор емкостью C. И закон этот пусть тоже будет синусоидальным

Давайте определим, как в таком случае будет меняться напряжение на конденсаторе. Воспользуемся нашей общей формулой с интегральчиком:

По абсолютнейшей аналогии с уже написанными выкладками, напряжение можно представить вот таким вот образом

Здесь мы снова воспользовались интересными сведениями из тригонометрии, что . И снова формулы приведения придут вам на помощь, если не понятно, почему получилось именно так.

Какой же вывод мы можем сделать из данных расчетов? А вывод все тот же самый, какой уже был сделан: ток через конденсатор и напряжение на конденсаторе сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90 градусов. Более того, они не просто так сдвинуты. Ток опережает напряжение. Почему это так? Какая за этим стоит физика процесса? Давайте разберемся.

Представим, что незаряженный конденсатор мы подсоединили к источнику напряжения. В первый момент никаких зарядов в конденсаторе вообще нет: он же разряжен. А раз нет зарядов, то нет и напряжения. Зато ток есть, он возникает сразу при подсоединении конденсатора к источнику. Замечаете, господа? Напряжения еще нет (оно не успело нарасти), а ток уже есть. И кроме того, в этот самый момент подключения ток в цепи максимален (разряженный конденсатор ведь по сути эквивалентен короткому замыканию цепи). Вот вам и отставание напряжения от тока. По мере протекания тока, на обкладках конденсатора начинает накапливаться заряд, то есть напряжение начинает расти а ток постепенно уменьшаться. И через некоторое время накопится столько заряда на обкладках, что напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением источника и ток в цепи совсем прекратится.

Теперь давайте этот самый заряженный конденсатор отцепим от источника и закоротим накоротко. Что получим? А практически то же самое. В самый первый момент ток будет максимален, а напряжение на конденсаторе останется таким же, какое оно и было без изменений. То есть снова ток впереди, а напряжение изменяется вслед за ним. По мере протекания тока напряжение начнет постепенно уменьшаться и когда ток совсем прекратится, оно тоже станет равным нулю.

Для лучшего понимания физики протекающих процессов можно в который раз уже использовать водопроводную аналогию. Представим себе, что заряженный конденсатор – это некоторый бачок, полный воды. У этого бачка есть внизу краник, через который можно спустить воду. Давайте этот краник откроем. Как только мы его откроем, вода потечет сразу же. А давление в бачке будет падать постепенно, по мере того, как вода будет вытекать. То есть, грубо говоря, ручеек воды из краника опережает изменение давления, подобно тому, как ток в конденсаторе опережает изменение напряжения на нем.

Подобные рассуждения можно провести и для синусоидального сигнала, когда ток и напряжения меняются по закону синуса, да и вообще для любого. Суть, надеюсь, понятна.

Давайте проведем небольшой практический расчет переменного тока через конденсатор и построим графики.

Пусть у нас имеется источник синусоидального напряжения, действующее значение равно 220 В, а частота 50 Гц. Ну, то есть все ровно так же, как у нас в розетках. К этому напряжению подключают конденсатор емкостью 1 мкФ. Например, пленочный конденсатор К73-17, рассчитанный на максимальное напряжение 400 В (а на меньшее напряжение конденсаторы ни в коем случае нельзя подключать в сети 220 В), выпускается с емкостью 1 мкФ. Чтобы вы имели представление, с чем мы имеем дело, на рисунке 3 я разместил фотографию этого зверька (спасибо Diamond за фото )

Рисунок 3 – Ищем ток через этот конденсатор

Требуется определить, какая амплитуда тока будет протекать через этот конденсатор и построить графики тока и напряжения.

Сперва нам надо записать закон изменения напряжения в розетке. Если вы помните, амплитудное значение напряжения в этом случае равно около 311 В. Почему это так, откуда получилось, и как записать закон изменения напряжения в розетке, можно прочитать вот в этой статье . Мы же сразу приведем результат. Итак, напряжение в розетке будет изменяться по закону

Теперь мы можем воспользоваться полученной ранее формулой, которая свяжет напряжение в розетке с током через конденсатор. Выглядеть результат будет так

Мы просто подставили в общую формулу емкость конденсатора, заданную в условии, амплитудное значение напряжения и круговую частоту напряжения сети. В результате после перемножения всех множителей имеем вот такой вот закон изменения тока

Вот так вот, господа. Получается, что амплитудное значение тока через конденсатор чуть меньше 100 мА. Много это или мало? Вопрос нельзя назвать корректным. По меркам промышленной техники, где фигурируют сотни ампер тока, очень мало. Да и для бытовых приборов, где десятки ампер не редкость – тоже. Однако для человека даже такой ток представляет большую опасность! Отсюда следует вывод, что хвататься за такой конденсатор, подключенный к сети 220 В не следует . Однако на этом принципе возможно изготовление так называемых источников питания с гасящим конденсатором. Ну да это тема для отдельной статьи и здесь мы не будем ее затрагивать.

Все это хорошо, но мы чуть не забыли про графики, которые должны построить. Надо срочно исправляться! Итак, они представлены на рисунке 4 и рисунке 5. На рисунке 4 вы можете наблюдать график напряжения в розетке, а на рисунке 5 – закон изменения тока через конденсатор, включенный в такую розетку.

Рисунок 4 – График напряжения в розетке

Рисунок 5 – График тока через конденсатор

Как мы можем видеть из этих рисунков, ток и напряжение сдвинуты на 90 градусов, как и должно быть. И, возможно, у читателя возникла мысль – если через конденсатор течет ток и на нем падает какое-то напряжение, вероятно, на нем должна выделяться и некоторая мощность . Однако спешу предупредить вас – для конденсатора дело обстоит совершенно не так. Если рассматривать идеальный конденсатор, то мощность на нем не будет вообще выделяться, даже при протекании тока и падении на нем напряжения. Почему? Как же так? Об этом – в будущих статьях. А на сегодня все. Спасибо что читали, удачи, и до новых встреч!

Вступайте в нашу группу Вконтакте

Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Читайте также:  Преобразователь измерительный постоянного тока птн е2н с действующей поверкой

Источник

Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах

Общая концепция

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному.

Обозначается на схеме двумя параллельными линиями.
Что такое конденсатор

Принцип работы

Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.

Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.

Как работает конденсатор

Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.

Принцип работы конденсатора

Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.

Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.

По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.

Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.

Как работает конденсатор в схеме

А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.

Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.

Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Конденсатор и постоянный ток

Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.

Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.

По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.

Принцип работы конденсатора в цепи постоянного тока

Лампочка затухает при полной зарядке.

Почему конденсатор не пропускает постоянный ток

Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.

Цепь с переменным током

А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.

Конденсатор и переменный ток

Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.

Как работает конденсатор при переменном токе

Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.

Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:

  • Фильтрует высокочастотные помехи;
  • Уменьшает и сглаживает пульсации;
  • Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
  • Накапливает энергию;
  • Может использоваться как источник опорного напряжения;
  • Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.
Назначение конденсатора в схеме

Как работает конденсатор в схеме

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Зачем конденсатор нужен в усилителе

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Источник

Ключевые характеристики пленочных силовых конденсаторов для компенсации реактивной мощности

Для профильных специалистов в области проектирования и разработки устройств компенсации реактивной мощности для силовых сетей (см. подробнее о косинусных/компенсационных конденсаторах в установках КРМ, УКРМ, УКЛ (П) и др. здесь) уже давно не является откровением факт, что ГОСТ 21415-75 «Конденсаторы. Термины и определения» (в ред. 01.05.2005), а тем более прошедший актуализацию 01.05.2009 практически без изменений ГОСТ 27390-87 (СТ СЭВ 5020-85) «Конденсаторы самовосстанавливающиеся для повышения коэффициента мощности» морально устарели не только по регламентируемым нормам/требованиям, но и по используемой терминологии. В то же время DIN IEC 60384 и DIN 41 379 (не действует), IEC 1071 — ½ (идентичны EN 61071 — 1/2 и VDE 0560 — 120/121), IEC 831 —1/2 (идентичны EN 60831 — 1/2 и VDE 0560 — 46/47) после введения изменений к ФЗ «О техническом регулировании» по факту так и остались декларативными. Тем не менее и отечественные КРМ, УКРМ, УКЛ (П) и их аналоги, и импортируемые в Россию установки компенсации реактивной мощности преимущественно базируются на пленочных силовых конденсаторах, а их аббревиатура и заявленные характеристики далеко не всегда находятся в пределах допустимых границ, установленных международными стандартами.

Современная концепция пленочных конденсаторов

Практическое отсутствие четкой и корректной формализации термина и определения пленочных конденсаторов после отмены действия DIN 41 379 обусловило вполне логичное зачисление в эту категорию металлизированных (бумажных и полимерных с напылением слоя металла на диэлектрик до 0.3 его толщины), фольговых (с бумажным или полимерным диэлектриком и слоем фольги до 25 мкм) и фольгово-металлизированных многослойных полимерных и бумажно-полимерных конденсаторов. Причем активная работа производителей по созданию максимально совершенного продукта сегодня сместила акцент на выпуск именно многослойных конструкций типа MKV (двусторонняя металлизация диэлектрика), МРК (металлизация слоя диэлектрика по одной стороне), хотя достаточно востребованными пока остаются металлизированные конденсаторы типа МКК (MKK-AC и MKK-DC соответственно для напряжения переменного и постоянного тока), а также МР (в основном благодаря сравнительно низкой стоимости).
Несмотря на рекламные заявления ряда производителей о наличии только в их продукции уникальной функции Self-Healing (восстановление электрических свойств после пробоя диэлектрика), de facto практически все реализуемые сегодня пленочные конденсаторы самовосстанавливающиеся, хотя могут отличаться разным временем до критического уменьшения емкости из-за пробоев и/или срабатывания механических предохранителей (прерывателей избыточного давления в терминологии ГОСТ 27390-87) вследствие повышения в процессе самовосстановления внутреннего давления в корпусе.

Читайте также:  Боли как током внизу живота

В качестве диэлектрика для пленок производители предпочитают использовать полипропилен (около 55% рынка) из-за низкой диэлектрической абсорбции материала и сравнительно невысокой цены, полиэфир(до 40% рынка), в небольших объемах выпускаются пленочные конденсаторы с диэлектриком из полифениленсульфида (около 3%), полиэтилена (до 1%), PTFE илиPVDF (до 1%), а также полиэтиленнафталата, диэлектрическая абсорбция которого сравнима с диэлектрической абсорбцией полипропилена.

Таблица. Диэлектрическая абсорбция полимеров-диэлектриков

Полиэтилентерефталат и полиэстер (Polyethylenterephthalat, Polyester — PET)

Полипропилен (Polypropylen — РР)

Полифениленсульфид (Polyphenylensulfid — PPS)

Полиэтиленнафталат (Polyethylennaphtalat — PEN)

Для повышения электрической прочности (стойкости диэлектрика к пробою) и эффективного рассеивания тепла обмотки пленочных конденсаторов пропитываются силиконовыми маслами/лаками, реагентами на базе минеральных масел, воска и синтетических углеводородов или заполняются инертным газом, что практически нивелирует риски коррозии металлических слоев и корпуса. В соответствии с массово применяемыми в производстве пленочных конденсаторов технологиями winding technology (намоточной технологии) и Stacked-film (вырезка сегментов-конденсаторов из предварительно намотанного послойно барабана) пропитка и заполнение инертным газом выполняется после отжига и вакуумной сушки.

Ключевые характеристики пленочных конденсаторов

Если основываться на требованиях европейских технических регламентов, а также директив ЕС 89/106/ЕЕС, 2006/95/ЕЕС, устанавливающих пороговые нормы для получение знака СЕ и торговли на территории ЕС, то к ключевым характеристикам пленочных конденсаторов (указываются в маркировке и/или в сопроводительной технической документации) следует отнести:

  • номинальную емкость C, которая должна быть определена при температуре испытаний 20° С и измерительном диапазоне частот от 50 до 120 Гц;
  • допустимый диапазон емкости при температуре 20° С — предельные отклонения фактической емкости от ее номинального значения;
  • температурная зависимость емкости (температурный коэффициент емкости — ТКЕ) — обратимое изменение емкости ΔC/C в допустимом температурном диапазоне;

Рис. Температурная зависимость емкости пленочных конденсаторов типа MKV, МКК, МР

  • дрейф ёмкости (Capacitancedrift) — суммарные необратимые изменения емкости во время эксплуатации пленочного конденсатора (цифровом процентном выражении, например, +1/- 3%);
  • номинальное напряжение переменного тока U (R) — максимальное или пиковое значение напряжения на конденсаторе любой полярности при реверсивном изменении типа волны, при котором конденсатор может работать с сохранением заявленных параметров;
  • номинальное напряжение постоянного тока U (R) — максимальное или пиковое значение напряжения на конденсаторе, не нарушающее его работу с сохранением заявленных параметров;
  • симметричное переменное напряжение Uас — ключевой параметр диэлектрических потерь;

Рис. Симметричное переменное напряжение Uас пленочных
конденсаторов постоянного (сверху) и переменного (снизу) тока

  • максимально допустимое рекуррентное напряжение û — максимальное значение повторяющегося всплеска напряжения на участке макс. 1% от периода;

Рис. Максимально допустимое рекуррентное напряжение û.

  • напряжение изоляции Uins — среднеквадратическая величина напряжения (или отношение номинального напряжения к корню из 2) пробоя изоляции пленочного конденсатора;
  • единовременное импульсное напряжение Us — пиковое напряжение, вызванное переключением или любым другим нарушением системы, в течение времени не более 50 ms/pulse;
  • максимальный ток Imax — максимальное значение тока в цепи, при котором конденсатор может работать с сохранением заявленных параметров;
  • максимальный пиковый ток î — максимальная амплитуда тока во время непрерывной работы î = C*(du/dt)max;
  • максимальный импульсный ток Is — пиковое значение тока, идуцируемое при нарушениях системы за ограниченный промежуток времени не более 50 ms/pulse;

Рис. Импульсное напряжение Us в пленочных конденсаторах постоянного (слева) и переменного (справа) тока.

  • скорость нарастания напряжения du/dt, зависящая от максимального пикового значения тока, самоиндукции конденсатора и его емкости du/dt = 1/С;
  • энергосодержание (Energycontent) или плотность энергии W(N) = ½*С(N)*U(N)2, где С(N) — номинальная емкость, U(N) — номинальное напряжение;
  • собственная индуктивность Lself — индуктивность (самоиндукция) обкладок и выводов конденсатора;
  • сопротивление изоляции Rins и постоянная времени саморазряда — τ = Rins*С;
  • эквивалентное последовательное сопротивление Rs — резистивные потери (I2*Rs) в электродах, в контактах, внутренней проводке;
  • тангенс угла диэлектрических потерьtan δ0 — отношение активной к реактивной мощности при синусоидальном напряжении определенной частоты ω;
  • коэффициент рассеивания tan δ (f) = tan δ0 + Rs *ω*C;
  • эквивалентное омическое сопротивление ESR = tan δ/(ω*C) = Rs + tan δ0/(ω*C);
  • тепловое (термическое) сопротивление Rth — отношение разности температур конденсатора и окружающей среды к рассеиваемой мощности Rth = ΔТ/Р.

По материалам компании «Нюкон»

Источник



Максимальный ток для конденсатора

При выборе пленочных конденсаторов для резонасного преобразователя возник вопрос в плане понимания максимального тока, который можно пропускать через конденсатор (в резонасном преобразователе данный конденсатор подключен последовательно нагрузке).

Я нашел формулу Irms, но она идет в разделе «High V AC», не уверен, что это подходит под постоянный ток, который в резонансном преобразователе.

UPD: схема подключения конденсатора в резонансном контуре (во вложениях)

Вопросы:
1) Как узнать максимальный ток пленочного конденсатора?
2) Подходит ли данный конденсатор под резонансные цепи? В моем случае там нет синуса, там испульсы с ключей. По напряжению постоянного тока (из даташита) — он подходит.

Вложения:
1.jpg [242.7 KiB]
Скачиваний: 87

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Компания «Компэл» и Analog Devices приглашают всех желающих 27/04/2021 принять участие в вебинаре, посвященном решениям Analog Devices для гальванической изоляции. В программе вебинара: технологии гальванической изоляции iCoupler, цифровые изоляторы, технология isoPower, гальванически изолированные интерфейсы (RS-485, CAN, USB, I2C, LVDS) и другое. Вебинар будет интересен разработчикам промышленной автоматики и медицинской техники.

Широкий ассортимент винтовых клеммников Degson включает в себя различные вариации с шагом выводов от 2,54 до 15 мм, с числом ярусов от одного до трёх и углами подключения проводника 45°, 90°, 180°. К тому же Degson предлагает довольно большой выбор клеммных винтовых колодок кастомизированных цветов.

Конденсатор обеспечивает гальваническое разделение. Правда, на практике это используется лишь для сигналов.
Ток течет через конденсатор очень условно, только переменный, методом перезаряда.
Однако, для простоты везде пишется как «через конденсатор»

ПРИСТ расширяет ассортимент

Большое спасибо за ответы!

Значит я неправ и запутался.

Приложил схему резонансного преобразователя. Конденсатор там подключен последовательно, в резонансном контуре.
На него идет прямоугольная форма сигнала с ключей.

Он не фильтрующий. Все же через него должен идти ток нагрузки, так ему больше негде проходить до нее.

Максимальная ток нагрузки 3 Ампера (на первичной цепи). К примеру я ставлю один резонансный конденсатор. Получается, импульсно, через него будет протекать ток в 3 Ампера. Также я могу поставить несколько параллельных конденсаторов, чтобы уменьшить ток на каждый конденсатор.

При выборе подходящего конденсатора я хочу точно понять, какой максимальный ток он может выдержать.

P.s в одним из даташитов видел: High-current capability up to more than 10 ARMS. Возможно это.

_________________
Кто замазался в МЯВЕ, как отмываться будете?

Прикинуть можно проще — померять ESR конденсатора и по нему посчитать нагрев детали по выделяемой мощности потерь. Ну а размер конденсатора прикинуть исходя из аналога по мощности сопротивления.

Грубо, но представление о размерах даст. Насколько я понимаю, ТС стремится к миниатюризации конструкции ?

_________________
Кто замазался в МЯВЕ, как отмываться будете?

_________________
Нет ничего практичнее хорошей теории

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: Bing [Bot] и гости: 11

Источник