Rodzaje kondensatorów, ich charakterystyka i przeznaczenie

Akumulację i konwersję energii elektrycznej można przypisać do podstawowych zadań, które rozwiązują elementy pomocnicze urządzeń radiowych. Kondensator należy do elementów pasywnych i działa jako rodzaj pojemności dla przychodzącego ładunku. Konstrukcja standardowych urządzeń zapewnia elektrody płytowe rozdzielone cienkimi dielektrykami. Bardziej złożone typy kondensatorów mogą zawierać kilka warstw elektrod tworzących cylindryczne uzwojenie. Istnieją inne charakterystyczne cechy, które określają możliwość użycia elementów dla określonego sprzętu.

Cel Kondensatory

Do tej pory prawie nie było dziedziny inżynierii radiowej, w której te urządzenia nie byłyby wykorzystywane. Najczęściej spotykane kombinacje kondensatorów z rezystorami i cewkami indukcyjnymi zaangażowanymi w budowę obwodów elektrycznych. Takie węzły obsługują funkcje filtrów częstotliwości, obwodów oscylacyjnych i linii sprzężenia zwrotnego. Innym częstym problemem jest wygładzanie fal napięcia wymaganych w pomocniczych źródłach zasilania. W systemach laserowych, lampach błyskowych i akceleratorach magnetycznych stosuje się kondensator elektryczny do dostarczania jednorazowego ładunku o wysokiej mocy znamionowej. I odwrotnie urządzenia elektrotechniczne wyposażone w te elementy, aby zrekompensować energię bierną. Chociaż takich elementów nie można uznać za pełne pojemnościowe urządzenia do magazynowania energii w niektórych systemach działają również jako nośniki informacji.

Etykietowanie urządzeń

Aby wizualnie określić, czy kondensator należy do konkretnej kategorii, stosowane są specjalne symbole. Pierwszym wskazaniem jest potencjał pojemnościowy wyrażony przez mikrofarady (μF). Można stosować inne jednostki miary, które będą również wskazywane przez odpowiednie oznaczenie. Rodzaj materiału użytego w konstrukcji nie zawsze jest wskazany - z reguły wytwarzane są niebrudzące ceramiczne i foliowe modele niepolarne. Z kolei oznaczenie kondensatorów tantalowych odpowiada rezystorom - z wyjątkiem obecności znaku μ i liczb 104 lub 107. Takie urządzenia mogą być pomarańczowe, żółte lub czarne. Oznakowanie oznacza również parametry wymiarowe i pojemność. Modele wysokonapięciowe i elektrolityczne są oznaczone maksymalną wartością napięcia, a dla zmiennych kondensatorów wskazany jest zakres pojemności.

Najważniejsze funkcje

Głównym parametrem roboczym jest zdolność, od której zależy zdolność danego modelu do akumulowania ładunku. Konieczne jest oddzielenie pojemności nominalnej od faktycznej, ponieważ w praktyce użycie drugiej wartości może być mniejsze. Zakres wartości objętościowych może wynosić od 1 do 50 μF, aw niektórych przypadkach maksimum osiąga 10 000 μF. Istotny jest również wskaźnik gęstości energii, w dużej mierze zdeterminowany przez projekt produktu. Największa gęstość charakteryzuje się wielkoformatowymi typami kondensatorów, w których masa płyty z elektrolitem znacznie przewyższa masę obudowy. Na przykład przy wydajności 10 000 μF przy napięciu 0,45 kW i masie około 2 kg gęstość może osiągnąć 600-800 J / kg. Właśnie taki model jest korzystny przy długotrwałym magazynowaniu energii. Ponadto właściwości robocze kondensatorów są określone przez tolerancję. Chodzi tylko o błąd w stosunku rzeczywistej i nominalnej pojemności. Ta wartość jest wyrażona w procentach i wynosi średnio 20-30%. W niektórych obszarach techniki radiowej stosuje się produkty z tolerancją 1%.

Kondensatory ceramiczne

Są to urządzenia oparte na ceramicznych elementach dyskowych z dielektrykami tytanianu baru. Taki kondensator może być stosowany w systemach o napięciu do 50 000 V, ale ważne jest, aby wziąć pod uwagę, że ma on minimalną stabilność temperatury i szeroki zakres zmian pojemności. Wśród zalet można zauważyć niewielki prąd upływowy, niewielki rozmiar (z dużym ładunkiem pojemnościowym) i zdolność do pracy z wysoką częstotliwością. Jeśli chodzi o cel, kondensatory ceramiczne są stosowane w obwodach z prądem pulsującym, przemiennym i stałym. Najczęściej używają modeli o pojemności do 0,5 mikrofaradu. W tym procesie ten typ kondensatora dobrze radzi sobie z obciążeniami zewnętrznymi, w tym z wstrząsami mechanicznymi. Nie można powiedzieć, że obudowa ceramiczna wyróżnia się długim okresem eksploatacji i trwałością, zachowuje jednak swoje właściwości techniczne we wskazanym okresie.

Modele poliestrowe

Na schematach urządzenia tego typu oznaczone są oznaczeniem K73-17 lub CL21. Ich skorupa jest utworzona przez metalizowaną folię, a związek epoksydowy jest stosowany w organizmie. Obecność tego wypełniacza w konstrukcji sprawia, że ​​kondensatory poliestrowe są odporne na wpływy temperaturowe, fizyczne i chemiczne. Ten zestaw cech wydajnościowych doprowadził do szerokiej dystrybucji kondensatorów K73-17 w produkcji urządzeń oświetleniowych. Średnia pojemność urządzenia wynosi 15 μF przy maksymalnym napięciu około 1500 V. Charakterystyka jest niewielka, ale nie wyklucza to zastosowania kondensatora w tych samych obwodach prądu stałego i przemiennego. Ponadto niski koszt urządzenia przyczynia się do jego popularności na rynku radiowym.

Skraplacz na bazie polipropylenu

Również stosunkowo niedroga opcja napędu. ładunek elektryczny który jednocześnie różni się niskim współczynnikiem strat i wysoką trwałością dielektryczną. Zalety to optymalna higroskopijność. Oznacza to, że jeden z głównych wrogów elementów radiowych w postaci wilgoci w kondensatorach polipropylenowych nie jest straszny. Metalizowane folie lub taśmy foliowe są używane jako izolatory. W najnowszych wersjach stosowana jest również technologia samo-naprawiającej się powłoki, która zwiększa niezawodność i trwałość kondensatora.

Urządzenie może działać na wyższych częstotliwościach, utrzymując wystarczającą moc. Ta jakość pozwala na stosowanie skraplaczy w indukcyjnych systemach grzewczych, uzupełnionych o chłodzenie wodne. Zastosowanie takich elementów w wyposażeniu silników elektrycznych 220 V jest również powszechne, w tym przypadku działają one jako elementy rozruchowe. Ta funkcja jest najlepiej realizowana przez modele o pojemności roboczej w zakresie 1-100 mikrofaradów i napięciu 440 V. Ale to nie są jedyne dyski syntetyczne. Czym są kondensatory termoplastyczne? Elementy polisulfonowe i poliwęglanowe zasługują na uwagę. Te pierwsze charakteryzują się niską absorpcją wilgoci i zdolnością do utrzymywania wysokiego napięcia przy spadku temperatury, a drugie w procesie wykazują optymalną stabilność elektryczną.

Kondensatory tantalowe

Podstawę urządzenia tworzy pięciotlenek tantalu z elektrolitycznym wypełnieniem tlenkowym. Skraplacz charakteryzuje się wysokim stosunkiem pojemności do objętości, szerokim zakresem obsługiwanych temperatur i zwartości. Takie komponenty są wykorzystywane w produkcji przyrządów na małą skalę, komputerach i innych urządzeniach komputerowych. W tej rodzinie można wyróżnić następujące typy kondensatorów: polarny i niepolarny, półprzewodnikowy i ciekły. Najbardziej atrakcyjne pod względem wydajności są urządzenia półprzewodnikowe, ponieważ charakteryzują się zdolnością do utrzymywania wysokiego napięcia. Jednak w warunkach krytycznego przekroczenia dopuszczalnej wartości prądu mogą ulec uszkodzeniu. Wydajność modeli tantalowych wynosi 1000 mikrofaradów, ale w porównaniu do ich odpowiedników elektrolitycznych ich własna indukcyjność jest znacznie niższa, co pozwala na stosowanie tego elementu przy wysokich częstotliwościach.

Funkcje modeli wysokonapięciowych

Elementy tego typu mogą być stosowane w systemach o wysokim poziomie napięcia, osiągając 15 000 V. Jednocześnie pojemność kondensatorów wysokonapięciowych jest niewielka - około 50-100 nF. Ceramika jest częściej używana jako materiał dielektryczny. Z tego powodu utrzymywane są wysokie obciążenia naprężeń, a korpus chroni wypełnienie przed uszkodzeniem płyty.

Popularne są również szklane produkty próżniowe, które również podtrzymują napięcie powyżej 10 000 V. Są to kolby z koncentrycznymi elektrodami, które zapewniają małe straty częstotliwości w procesie. Zastosuj kondensatory wysokonapięciowe tego typu, aby rozwiązać krytyczne problemy z częstotliwością radiową przy ogrzewaniu indukcyjnym. Ale takie komponenty są droższe, kruche i duże.

Struktury wielowarstwowe i jednowarstwowe

Zwykle ta klasyfikacja jest stosowana do kondensatorów wykonanych z ceramiki. Zatem jednowarstwowe kondensatory (dysk) mają proste urządzenie, ale nie ma to wpływu na zmniejszenie rozmiaru. W większości przypadków są one bardziej masywne niż wielowarstwowe odpowiedniki. W rezultacie zwiększa się pojemność urządzenia, ale duże rozmiary nadal ograniczają ich dystrybucję w pewnych obszarach.

Jeśli chodzi o elementy wielowarstwowe, są one na ogół podobne pod względem wydajności do dyskowych, ale potencjał dysków jest jeszcze wyższy. Ważną zaletą jest także niezawodność i trwałość. Współczynnik kształtu, w którym wykonywane są wielowarstwowe kondensatory, czyni je mniej wrażliwymi na agresywne media, co rozszerza zakres zastosowania. Takie komponenty są używane głównie w drogim profesjonalnym sprzęcie.

Impregnowane kondensatory olejowe

Jest to osobna grupa elementów radiowych, które są oparte na wypełniaczach papierowych. Są one traktowane za pomocą specjalnych rozwiązań, takich jak wosk i żywice epoksydowe. Czym są kondensatory typu oleju? Zasadniczo różne modele prądu stałego i przemiennego. Te pierwsze służą do filtrowania częstotliwości, zwiększania napięcia i eliminacji łuk elektryczny. Kondensatory do impregnacji olejowej dla układów z prądem przemiennym są stosowane w przemyśle. Takie urządzenie ma dużą pojemność i może obsługiwać duże obciążenia szczytowe. Z reguły jest wykorzystywany jako element rozruchowy do silników elektrycznych. Dodatkowe funkcje to separacja faz, korekcja mocy i wyrównanie napięcia.

Czynniki ujemne do wykorzystania kondensatora

Jednym z głównych problemów z wykorzystaniem kondensatorów jest wysokie prawdopodobieństwo eksplozji z powodu przegrzania, co ma miejsce z powodu dużych przecieków. Również zwiększyć ryzyko złamania elementu mogą znajdować się grzejniki o wysokim promieniowaniu cieplnym. Jakie typy kondensatorów są najbardziej podatne na eksplozje? Najczęściej zdarza się to w przypadku urządzeń elektrolitycznych wyposażonych w niewiarygodne obudowy. Optymalizacja projektu w celu zmniejszenia wielkości produktu wymusza na producentach stosowanie cienkich powłok, więc może dochodzić do rozpraszania części kondensatora i natryskiwania elektrolitu z silnym przegrzaniem lub w warunkach zwiększonego ciśnienia wewnętrznego.

Wniosek

Zarówno najprostsze jednowarstwowe, jak i wielowarstwowe modele kondensatorów wykonują ważne zadania dla urządzeń radiowych. Minimalizują one parametry bieżące, które przy podobnych wymiarach nie mogą być dostarczane przez żaden inny komponent techniczny. Jednocześnie kondensator elektryczny nie jest idealnym rozwiązaniem, które powoduje ciągłe poszukiwanie nowych formatów jego realizacji. Producenci wyrafinowanego sprzętu eksperymentują z projektami, wypełniaczami i właściwościami fizycznymi, starając się zaoferować optymalne cechy konsumenta tego urządzenia. Wśród najważniejszych parametrów docelowych w tym zakresie należy wymienić odporność kondensatorów na obciążenia, szerokie zakresy pracy, minimalne wymuszenie radiacyjne i długi okres użytkowania.