Zasada najprostszego (płaskiego) kondensatora przedstawione na rys. 1.
Ryc. 1. Zasada działania płaskiego kondensatora.
1 okładka,
2 dielektryk
Pojemność takiego kondensatora określona przez dobrze znaną formułę
Określone przez formułę
Jeśli używasz folii i wielowarstwowej folii dielektrycznej, możesz zrobić kondensatory typu rolkowego, których specyficzna pojemność wynosi od około 0,1 J / kg do 1 J / kg lub 0,03 mWh / kg do 0,3 mWh / kg. Ze względu na niską pojemność właściwą tego typu kondensatorów nie nadają się do długotrwałej konserwacji znacznej ilości energii, ale są szeroko stosowane jako źródła mocy biernej w obwodach prąd przemienny i jak pojemność.
Małe kondensatory, na przykład w elektronice użytkowej, mają terminale przewodowe. Kondensator jest elementem w obwód elektrycznyktóry przechowuje opłatę przez krótki okres czasu. Zwane także kondensatorami, urządzenia te zawierają dwa lub więcej przewodów rozdzielonych materiałem izolacyjnym zwanym dialektem. Skraplacz w lodówce może być prostokątny, z dwoma lub więcej przewodami metalowymi wystającymi z jednej strony lub cylindrycznymi, z przewodami na górze.
Skraplacz chłodziarki jest odpowiedzialny za uruchomienie silnika w układzie sprężarki, części lodówki, która dostarcza chłodziwo przez cewki. Gdy wnętrze lodówki zaczyna się rozgrzewać, kondensator jest rozładowywany przez uruchomienie silnika sprężarki. Sprężarka dostarcza czynnik chłodzący do chłodnicy, a następnie do parownika, gdzie usuwa ciepło z wnętrza lodówki. Ciepły czynnik chłodniczy niż powrót do skraplacza.
O wiele skuteczniej, energia może się akumulować kondensatory elektrolityczne, którego zasadę pokazano na ryc. 2
Ryc. 2 ..
1 blacha lub folia (aluminium, tantal lub inne),
2 dielektryk tlenku metalu (Al2O3, Ta2O5 lub inne),
3 papier itp. Impregnowane elektrolitem (H3BO3, H2SO4, MnO2 itp.) I gliceryną
Jeśli uważasz, że Twój kondensator się nie powiódł, możesz to sprawdzić za pomocą izolowanego śrubokręta. W przypadku kondensatorów z nieizolowanymi metalowymi zaciskami, jednocześnie przytrzymaj metalowy koniec wkrętaka z izolowanym uchwytem na obu zaciskach, tworząc zwarcie. Jeśli twój kondensator ma pokryte zaciski, będziesz musiał szybko rozpiąć kondensator za pomocą szczypiec izolujących. Za pomocą omomierza sprawdzić zaciski kondensatora jeden po drugim. Igła powinna lekko się przesunąć, a następnie powrócić do pierwotnej pozycji.
Ponieważ grubość warstwy dielektrycznej w tym przypadku zwykle pozostaje w granicach 0,1 μm, kondensatory te mogą być wytwarzane z bardzo dużą pojemnością (do 1 F), ale przy stosunkowo niskim napięciu (zwykle kilka woltów).
Może mieć nawet większą pojemność ultrakondacitors (super kondensatory, jonizatory), których płyty służą jako podwójna warstwa elektryczna o grubości kilku dziesiątych nanometra na granicy między elektrodą wykonaną z mikroporowatego grafitu i elektrolitem (ryc. 3).
Jeśli igła nie porusza się wcale lub pozostaje w pozycji, może być konieczna wymiana kondensatora. Ponieważ kondensatory przechowują duże ilości energii elektrycznej, mogą być nagle rozładowane, jeśli wejdą w kontakt z metalowym obiektem lub ludzką skórą. Małe kondensatory powodują jedynie bolesny wstrząs, ale duże kondensatory, takie jak te znajdujące się w lodówkach, mogą uszkodzić lub zabić człowieka. Upewnij się, że całkowicie rozładowałeś tę część, zanim wykonasz jakiekolwiek prace przy chłodziarce za pomocą skraplacza.
Ryc. 3 ..
1 mikroporowate elektrody grafitowe,
2 elektrolity
Ze względu na porowatość powierzchnia skuteczna płyt takich kondensatorów osiąga do 10 000 m2 na każdy gram masy elektrody, co umożliwia osiągnięcie bardzo dużej pojemności przy bardzo małych rozmiarach kondensatorów. Obecnie dostępne są ultrakondensatory dla napięć do 2,7 V i pojemności do 3 kF. Ich specyficzna pojemność mieści się zwykle w zakresie od 0,5 Wh / kg do 50 Wh / kg i istnieją prototypy o określonej pojemności magazynowania do 300 Wh / kg.
Dotknij jednego śrubokręta do każdego zacisku kondensatora, ale nie dotykaj samego kondensatora podczas tego procesu, ponieważ może się on nagrzać. Porozmawiajmy więc o obwodach kondensatorów. Co to jest obwód kondensatora? Cóż, jest to obwód składający się z baterii i wielu kondensatorów. Pamiętaj, że celem, zadaniem kondensatora - tak, aby prąd wpłynął do kondensatora i nie można go pominąć. Ale zdarza się, że ten facet zaczyna ładować pozytywnie, a potem przestraszy wszystkie pozytywy po drugiej stronie, więc otrzymamy wynik negatywny.
Technologia wytwarzania ultrakondacitors wysoce złożony, a koszt jednostkowy energii przechowywanej w nich jest zatem znacznie wyższy niż koszt innych kondensatorów, osiągając poziom 50 000 kWh / kWh. Mimo to, ze względu na prostotę konstrukcji, niewielkie rozmiary, niezawodność, wysoką sprawność (95% lub więcej) i trwałość (kilka milionów cykli ładowania i rozładowania), zostały one zastosowane zarówno w pojazdach, jak iw elektrowniach przemysłowych. inne sposoby przechowywania energii. Są one szczególnie korzystne, gdy energia jest zużywana w postaci krótkich impulsów (na przykład do zasilania rozrusznika silników spalinowych) lub gdy wymagane jest szybkie (drugie) ładowanie urządzenia magazynującego. Na przykład w 2005 r. Rozpoczęto pilotażową eksploatację autobusów ultrakondensatorowych w Szanghaju, z ładowaną baterią kondensatorów, podczas gdy autobus stał przy każdym przystanku.
Wtedy pozytywne działania będą się zmniejszać i ładować tutaj i tutaj. A potem odstraszy pozytywy, abyśmy mieli trochę zarzutów. A potem mamy wszystkie negatywy po ujemnej stronie baterii i wszystkie pozytywne strony po stronie dodatniej. Tak więc, prąd płynie do momentu, w którym różnica potencjałów między tymi kondensatorami równoważy różnicę potencjału między akumulatorem, a prąd nie płynie.
Dlatego w obwodzie kondensatora prąd płynie, aż kondensatory są całkowicie wypełnione, nie mogą już jeść, dlatego nie może być bardziej aktualne. Nazywa się to zrównoważonym, ponieważ nie ma już żadnych zmian. Cóż, poza tak jakościowym zrozumieniem, różnica między obwodem kondensatora, z jednej strony, a obwodem rezystora, z drugiej. Ponadto rozwiązujemy wszystko w zasadzie to samo. Cóż, chodźmy to zrobić, pierwszą rzeczą, która jest oczywista, jest to, że te dwa 4 kondensatory Farada są połączone szeregowo, więc musimy połączyć je szeregowo.
Najstarszy kondensator i jednocześnie najstarsza bateria moc elektryczna można uznać za przedmioty bursztynowe, których elektryzowanie, po przetarciu wełnianą szmatką, odkrył grecki filozof Thales około roku 590. X. Nazwał to zjawisko elektronicznie (od greckiego słowa elektron, bursztynowy). Pierwszymi generatorami elektrostatycznymi, wynalezionymi w XVII wieku, były także kondensatory kuliste lub cylindryczne, na których powierzchni gromadził się ładunek elektryczny, wystarczający do spowodowania zjawiska rozładowania. Pierwszym prawdziwym kondensatorem jest jeszcze wzmacniająca kolba, wynaleziona 11 października 1745 r. Podczas eksperymentów z elektryfikacją wody przez fizyka-amatora, dziekana katedry Cammin (Cammin) Ewalda Jürgena von Kleista (1700-1748) (ryc. 4) ;
Pamiętaj o tym kondensatory szeregowe dodać, teraz jest to szczególnie wygodne, gdy w tym przypadku jest to ten sam opór, ponieważ zrobimy jedną czwartą plus jedną czwartą, a to da nam dwie czwarte. Dlatego, gdy włączymy kopię zapasową w górę iw dół, będzie równa 4. Zdarza się to w dowolnym momencie, gdy masz 2 kondensatory, które mają tę samą pojemność połączoną szeregowo.
Efektywna wydajność to tylko połowa. Ok, więc napiszemy obwód w następujący sposób: w ten sam sposób jest to połączenie dwóch czterech kondensatorów Farad, więc daje nam 2 Farady. Tutaj mamy 8, tutaj było 15, a tutaj nasza bateria ma 10 V. Cóż, dobrze, że 8 i 2 są wyraźnie połączone równolegle, teraz dobrą rzeczą jest równoległość z kondensatorami, którą właśnie dodajecie. Tak więc, będziemy mieć 10 woltów, to jest 15 Faradów, a to jest tutaj 10 Faradów.
Ryc. 4. Skraplacz Ewalda Jurgena von Kleista.
1 butelka wypełniona wodą
2 gwóźdź, tworząc razem z wodą górną podszewkę,
3 przewody do generatora elektrostatycznego,
4 metalowa płyta (dolna płyta).
Napięcie U.
To urządzenie może wyraźnie rozróżnić między dwiema płytkami i dielektrykiem między nimi. Pierwszy płaski kondensator został wyprodukowany w 1747 roku przez londyńskiego lekarza Johna Bevisa (John Bevis, 1693-1771), a termin kondensator (to Condensatore, "zagęszczenie") został wprowadzony w 1782 roku przez profesora fizyki eksperymentalnej na Uniwersytecie w Pawii (Pavia, Włochy) Alessandro Volta ( Alessandro Volta, 1745-1827). Pierwszy kondensatory elektrolityczne W 1853 r. Hermann von Helmholtz (1821-1894), szef Instytutu Fizjologii w Koenigsberg (Konigsberg, Niemcy), opracował pierwszy ultrakondensator z porowatymi elektrodami grafitowymi (General Electric, General Electric) USA) Howard Becker (Howard I. Becker). Praktyczne zastosowanie Ultrakondensatory zaczęły szybko rosnąć we wczesnych latach XXI wieku.
Innym prostym sposobem, jaki moglibyśmy zrobić, jest to, że ponad 60 razy ponad 10 daje "dobry", teraz mam 15 wszystkich pokrytych 60 kulombami, 4 woltami. Cóż, są one połączone równolegle i pamiętaj, że równoległa różnica potencjałów jest taka sama? Oznacza to, że różnica potencjałów dla 2 i 8 powinna wynosić 6 woltów. Zauważ, oczywiście, że 48 plus 12 daje nam 60, które były na 15 faradach po tym, jak przełamiemy te 2 z powrotem do 2 sił.
Teraz, tak jak poprzednio, mam 4 chłopaków, których miałem oryginalny schemat, ale potem miałem poniżej efektywną pojemność szóstego Farad. Cóż, teraz jest test, a także obwody rezystorów, które sprawdzają wszystkie nasze obliczenia matematyczne, aby upewnić się, że wszystko jest w porządku.
Skraplacz elektryczny (z łacińskiego Sondensatora, - ten, który kondensuje, pogrubia), urządzenie zaprojektowane w celu uzyskania wymaganych wartości pojemności elektrycznej i jest w stanie akumulować (redystrybuować) ładunki elektryczne.
A ten test jest pytaniem, ile energii jest przechowywane przez wszystkich naszych ludzi poprawnie? Robiąc to w każdym z tych przypadków, daje się 18 dżuli energii do obu czterech faradowych kondensatorów 144 dżule dla 8 farad i 120 dla. Jest to ilość energii przechowywanej w moim obwodzie kondensatora po zapełnieniu wszystkich kondensatorów. Nie mogą już płynąć, więc oznacza to, że 300 dżuli powinno być przechowywane w moim wydajnym kondensatorze w kolejności.
Różnica potencjałów między efektywnym kondensatorem wynosi tylko 10 woltów, które mieliśmy na baterii. Aby uzyskać ładunek w zawieszkach, robimy różnicę potencjałów potencjalnej różnicy. A następnie, aby określić ilość zgromadzonej energii, musimy zrobić pół kwadratu kwadratu, więc połowa 6 razy to 3 razy 10 kwadratów.
Kondensator elektryczny składa się z dwóch (czasem więcej) ruchomych lub stacjonarnych elektrod przewodzących (płytek) oddzielonych dielektrykiem. Płyty muszą mieć taki geometryczny kształt i być tak usytuowane względem siebie, aby się tworzyły pole elektryczne był skoncentrowany w przestrzeni między nimi. Z reguły odległość między płytkami, równa grubości dielektryka, jest niewielka w porównaniu z liniowymi wymiarami płytek. Dlatego też pole elektryczne, które występuje, gdy płyty są podłączone do źródła z napięciem U, prawie całkowicie skoncentrowany między płytami. W tym przypadku częściowe własne pojemności płytek elektrycznych są pomijalne.
Ponieważ te dwie liczby są spójne, oznacza to, że prawie nic nie zrobiliśmy. Rosnące znaczenie elektroniki w nowoczesnych samochodach jest ustalonym trendem. Ponieważ na pokładzie znajduje się więcej elementów elektronicznych, niezawodność każdego urządzenia decyduje o niezawodności ważnych podsystemów i znacząco wpływa na ogólne wrażenia właściciela pojazdu. Na niezawodność komponentu mają wpływ warunki środowiskowe, w tym nie tylko napięcia elektryczne i wysokie temperatury pracy, ale także cykle termiczne, niskie temperatury, wysoka wilgotność, deszcz, lód, śnieg i niekorzystne substancje chemiczne, takie jak sól drogowa, olej, paliwo i hydraulika płynny.
Tak więc kondensator jest układem, który zwykle składa się z dwóch przeciwnie naładowanych przewodów, podczas gdy ładunek, który musi być przenoszony z jednego przewodnika na drugi w celu naładowania jednego z nich ujemnie, a drugi dodatnio nazywany jest ładunkiem kondensatora. Potencjalna różnica U pomiędzy płytami kondensatora jest wprost proporcjonalna do ładunku Qznajduje się na każdym z nich:
Mogą również występować duże siły mechaniczne, takie jak drgania, które mogą zagrozić złączom i połączeniom wewnętrznym. Oczekuje się, że zainstalowana elektronika wytrzyma wszystkie te wysiłki i działa niezawodnie przez cały okres eksploatacji pojazdu, który zwykle trwa kilka lat.
Powszechnie wiadomo, że sytuacja w samochodzie jest szczególnie trudna. Mogą występować duże transjenty elektryczne, które są związane z przełączaniem dużej liczby ładunki elektryczne, w tym silnie indukcyjne obciążenia, takie jak silniki elektryczne. Czynniki te mają znaczący wpływ na wybór kondensatorów, które są bardzo często stosowane w czujnikach i elektronicznych jednostkach sterujących w pojeździe, również pod maską, w takich funkcjach, jak filtrowanie, odłączanie, eliminowanie stanów nieustalonych napięcia i magazynowanie energii.
Dzięki - nazywany jest współczynnik charakteryzujący kondensator pojemność elektryczna kondensator lub pojemność.
Numerycznie, pojemność kondensatora elektrycznego C jest równa ładunkowi Q jednej z płytek przy napięciu równym 1 wolt:
C = Q / U.
W SI jednostką pojemności jest farad - 1 F. Kondensator równy jednemu faradowi ma taki kondensator, pomiędzy płytami, przy których występuje różnica potencjałów równa jednemu woltowi przy ładowaniu na każdej z płyt równej jednej zawieszce.
Wielowarstwowy kondensatory ceramiczne są ekonomiczną i dobrze znaną opcją dla tych programów. Urządzenia końcowe mogą mieć wspólny metal, taki jak miedź lub szlachetny metal. Narażenie na wysokie temperatury i napięcia elektryczne przekraczające nominalne wartości graniczne urządzenia może mieć wpływ na niezawodność materiału dielektrycznego. To pogorszenie z powodu napięcie elektryczne można przewidzieć na podstawie modelu odwrotnej mocy. Zgodnie z tym modelem żywotność dielektryka zmniejsza się wraz ze wzrostem pole elektryczne ze względu na siły wywierane przez pole na naładowane atomy.
Parametry, konstrukcja i zakres kondensatorów są określone przez dielektryk oddzielający jego płytki, dlatego główna klasyfikacja kondensatorów elektrycznych jest przeprowadzana zgodnie z rodzajem dielektryka. W zależności od zastosowanego dielektryka kondensatory mogą być powietrzem, papierem, miką, ceramiką, elektrolitem itp.
Z drugiej strony degradacja spowodowana nadmierną temperaturą odpowiada prawu Arrheniusza. Opisuje trend wykładniczy kontrolowany przez zastosowaną temperaturę i energię aktywacji, która jest właściwością materiału. Gdy urządzenia są stosowane w ramach ich nominalnych limitów, projektanci mogą polegać na przewidywaniach dotyczących okresu eksploatacji producentów, które opierają się na wynikach testów środowiskowych, a także obliczeniach niezawodności.
Dielektryki dla stabilności w pojemności. Zwróć uwagę, że wybrany kondensator zapewnia wymaganą moc w oczekiwanej temperaturze pracy. W zależności od rodzaju dielektryka, pojemność może być zmniejszona o wysokie temperatury, który generuje zmiany w odpowiedzi częstotliwościowej, które prowadzą do nieprzewidywalnych charakterystyk dostrojonego obwodu, takiego jak filtr.
Pojemności odróżniają kondensatory stałe i zmienne kondensatory. Kondensatory zmienne i kondensatory półzmienne są wytwarzane z elektrycznie i elektrycznie sterowaną pojemnością. Zmianę pojemności w mechanicznie sterowanym kondensatorze elektrycznym uzyskuje się najczęściej poprzez zmianę powierzchni płyt lub (rzadziej) poprzez zmianę szczeliny między płytkami. Najprostszy skraplacz powietrza Zmienna pojemność składa się z dwóch izolowanych układów metalowych płyt, które wchodzą w siebie po obróceniu uchwytu: jedna grupa (wirnik) może się poruszać, aby jego płytki wchodziły w szczeliny między płytami innej grupy (stojana). Przesuwając i przesuwając jeden układ płyt w drugi, można zmienić pojemność kondensatora. Kondensatory elektryczne o zmiennej pojemności z solidnym dielektrykiem (ceramicznym, mikowym, szklanym, filmowym) są stosowane głównie jako pół-zmienne (indeks dolny) ze stosunkowo niewielką zmianą pojemności. Obecnie powszechnie stosowane są kontrolowane kondensatory o zmiennej pojemności - varicaps i varicades.
Oferując tak wysoką stabilność, urządzenia te są optymalne do zastosowań w obwodach strojenia, aplikacjach o wysokim natężeniu prądu lub impulsach elektrycznych, jak również w obwodach, w których straty są bardzo ważne, jak również w przypadku odsprzęgania, mostkowania, filtrowania, tłumienia napięcia i magazynowanie energii. Dzięki temu są często wykorzystywane w wielu różnych zastosowaniach, takich jak jednostki sterujące o ograniczonej przestrzeni w samochodzie. W zastosowaniach wymagających większej odporności na temperaturę, obwód buforowy może być stosowany do stabilizacji zachowania systemu.
Pojemność kondensatora elektrycznego zależy od stałej dielektrycznej dielektryka, który wypełnia kondensator, oraz od kształtu i wielkości jego płytek. Kształt płytek odróżnia płaskie, cylindryczne, sferyczne kondensatory.
Płaski kondensator składa się z dwóch płaskich płyt, z których odległość jest równa d niewiele w porównaniu do ich wymiarów liniowych. To pozwala nam zaniedbać małe obszary niehomogeniczności pola elektrycznego na krawędziach płytek i przyjąć, że całe pole jest jednorodne i skoncentrowane pomiędzy płytami. Napełnienie kondensatora Q - To jest ładunek dodatnio naładowanej płyty.
Pojemność płaskiego kondensatora Dzięki:
C = ee o S / d
S jest obszarem każdej z okładzin lub mniejszych z nich, d - odległość między płytami, e o- stała elektryczna, e - względny stała dielektryczna substancja między płytkami. Wypełnienie przestrzeni między płytkami dielektrykiem zwiększa pojemność e razy
Energia zmagazynowana do naładowania stałe napięcie U płaski kondensator elektryczny, równy:
W = CU 2/2.
Wraz z płaski kondensator często używany płaski kondensator wielopłytkowy zawierający n płyty połączone równolegle.
Pojemność kondensator cylindrycznyPłytki, z których są dwa współosiowe wydrążone cylindry, włożone do siebie i oddzielone dielektrykiem, to:
C = 2pee o h¤ln (r 2 / r 1),
gdzie r 2 i r 1 oznaczają promienie odpowiednio cylindrów zewnętrznych i wewnętrznych, oraz h - długość cylindra. Nie bierze pod uwagę zniekształcenia jednolitości pola elektrycznego na krawędziach płyt (efekt krawędziowy), a zatem te obliczenia dają nieco zaniżoną wartość kapacytancji C.
Pojemność sferycznego kondensatora, który jest włożony w jedną kulę, jest równa:
C = 4 porcje r 2 r 1 / (r 2-r 1),
gdzie r 2 i r 1 - promienie odpowiednio zewnętrznej i wewnętrznej sfery.
Oprócz pojemności kondensator elektryczny ma rezystancję R i indukcyjności L. Z reguły kondensatory elektryczne używać na częstotliwościach znacznie niższych niż rezonans, w którym jego indukcyjność jest zwykle zaniedbywana. Rezystancja kondensatora zależy od rezystywności dielektryka, materiału płytek i wniosków, kształtu i wielkości kondensatora, częstotliwości i temperatury. Zależność reaktancji kondensatorów elektrycznych od częstotliwości stosowanej w filtrach elektrycznych.
Po podłączeniu płytek do źródła napięcia stałego kondensator jest ładowany do źródła napięcia. Prąd płynący przez kondensator po naładowaniu nazywany jest prądem upływowym.
Kondensatory charakteryzują się napięciem przebicia - różnicą potencjałów między płytami kondensatora, przy których następuje uszkodzenie - wyładowanie elektryczne następuje przez warstwę dielektryczną w kondensatorze. Napięcie przebicia zależy od kształtu płytek, właściwości dielektryka i jego grubości.
Płyty kondensatora są przyciągane do siebie. Siła przyciągania między płytami kondensatora nazywana jest siłą ponderomotoryczną i jest obliczana według wzoru:
F = -Q 2 / 2ee o S
Znak minus wskazuje, że siła przyciągania jest siłą przyciągania.
Zależnie od zastosowania wyróżnia się niskoczęstotliwościowe kondensatory elektryczne niskiego napięcia (wysoka pojemność właściwa Dzięki), wysoka częstotliwość niskiego napięcia (wysoka Dzięki) wysokie napięcie prąd stały, wysokie i niskie napięcie wysokiego napięcia (wysoka moc bierna).
Aby zwiększyć pojemność i zmienić jej możliwe wartości, kondensatory są podłączone do akumulatorów, wykorzystując połączenia szeregowe, równoległe lub mieszane (składające się z serii i równolegle).
Zwiększenie pojemności osiąga się przez równoległe połączenie kondensatorów z akumulatorem. W tym przypadku kondensatory są połączone tymi samymi naładowanymi płytkami. Przy takim połączeniu różnica potencjałów we wszystkich kondensatorach stanowi różnicę potencjału, a opłaty są sumowane. Całkowita pojemność baterii, gdy połączenie równoległe kondensatory są równe sumie pojemności poszczególnych kondensatorów:
C = C 1 + C 2 + ... + C n
Gdy kondensatory są połączone szeregowo, wynikowa pojemność jest zawsze mniejsza niż najmniejsza pojemność wykorzystywana w akumulatorze, a każdy kondensator stanowi tylko ułamek potencjalnej różnicy końcówek akumulatora, co znacznie zmniejsza możliwość awarii kondensatora. Dzięki połączenia szeregowe Kondensatory połączone są ich przeciwległymi płytami. Po dodaniu wartości odwrotne do pojemników i uzyskaną pojemność określa się w następujący sposób:
1 / C = (1 / C n).
Kondensatory elektryczne są stosowane w obwodach elektrycznych (pojemności skoncentrowane), energetyce (kompensatory mocy biernej), generatory impulsów napięcia oraz do celów pomiarowych (kondensatory pomiarowe i czujniki pojemnościowe).
