Навіщо потрібні конденсатори? Підключення конденсатора

Електричний конденсатор - це пристрій, який може накопичувати заряд і енергію електричного поля. В основному він складається з пари провідників (обкладок), розділених шаром діелектрика. Товщина діелектрика завжди набагато менше, ніж розмір обкладок. На електричних схемах заміщення конденсатор позначається 2-ма вертикальними паралельними відрізками (II).

Основні величини і одиниці виміру

Існує кілька основних величин, що визначають конденсатор. Одна з них - це його ємність (латинська буква С), а друга - робоча напруга (латинська U). Електроємність (або ж просто ємність) в системі СІ вимірюється у Фарада (Ф). Причому як одиниця ємності 1 фарад - це дуже багато - на практиці майже не застосовується. Наприклад, електричний заряд планети Земля складає всього 710 микрофарад. Тому електроємність конденсаторів в більшості випадків через міряється в похідних від Фарада величинах: в пікофарад (пФ) при дуже маленькому значенні ємності (1 пФ = 1/10⁶мкФ), в мікрофарадах (мкФ) при досить великій її значенні (1 мкФ = 1/10⁶ Ф). Для того щоб розрахувати електроємність, необхідно розділити величину заряду, накопиченого між обкладинками, на модуль різниці потенціалів між ними (напруга на конденсаторі). Заряд конденсатора в даному випадку - це заряд, що накопичується на одній з обкладок розглянутого пристрою. На 2-х провідниках пристрої вони однакові по модулю, але відрізняються за знаком, тому сума їх завжди дорівнює нулю. Заряд конденсатора вимірюється в кулонах (Кл), а позначається буквою Q.

Напруга на електроприладі

Одним з найважливіших параметрів розглянутого нами пристрою є пробивна напруга - різниця значень потенціалів двох провідників конденсатора, що призводить до електричного пробою шару діелектрика. Максимальна напруга, при якому не відбувається пробою пристрої, визначається формою провідників, властивостями діелектрика і його товщиною. Умови роботи, при яких напруга на обкладинках електроприладу близько до пробивному, неприпустимі. Нормальний робочий напруга на конденсаторі менше пробивної в кілька разів (у два-три рази). Тому при виборі слід звернути увагу на номінальну напругу і ємність. У більшості випадків значення цих величин вказується на самому пристрої або в паспорті. Включення конденсатора в мережу на напругу, що перевищує номінальну, загрожує його пробоєм, а відхилення значення ємності від номінального може призвести до викиду в мережу вищих гармонік і перегріву пристрою.

Зовнішній вигляд конденсаторів

Конструкція конденсато-рів може бути найрізноманітнішою. Вона залежить від значення електроємності пристрою і його призначення. На параметри розглянутого пристрою не повинні впливати зовнішні фактори, тому обкладки мають таку форму, при якій електричне поле, створене електричними зарядами, зосереджується в невеликому зазорі між провідниками конденсатора. Тому вони можуть складатися з двох концентричних сфер, двох плоских пластин або двох коаксіальних циліндрів. Отже, конденсатори можуть бути циліндричними, сферичними і плоскими залежно від форми провідників.

Постійні конденсатори

За характером зміни електроємності конденсатори ділять на пристрої з постійною, змінною ємністю або підстроювальні. Розберемо докладніше кожний із згаданих типів. Прилади, чия ємність не змінюється в процесі роботи, тобто вона є постійною (значення ємності все-таки може коливатися в допустимих межах залежно від температури), - це постійні конденсатори. Існують також електроприлади, що міняють свою електроємність в процесі роботи, вони називаються змінними.

Від чого залежить С в конденсаторі

Електроємність залежить від площі поверхні його провідників і відстані між ними. Є кілька способів зміни цих параметрів. Розглянемо конденсатор, який складається з двох видів пластин: рухомих і нерухомих. Рухливі пластини переміщаються відносно нерухомих, в результаті чого змінюється електроємність конденсатора. Змінні аналоги використовуються для налаштувань аналогових пристроїв. Причому ємність можна змінювати в процесі роботи. Конденсатори підлаштування в більшості випадків використовують для налаштування заводської апаратури, наприклад для підбору ємності емпіричним шляхом при неможливості розрахунку.

Конденсатор в ланцюзі

Розглянутий прилад в ланцюзі постійного струму проводить струм тільки в момент включення його в мережу (при цьому відбувається заряд або перезаряд пристрої до напруги джерела). Як тільки конденсатор повністю заряджається, струм через нього не йде. При включенні пристрою в ланцюг зі змінним струмом процеси розрядки і зарядки його чергуються один з одним. Період їх чергування дорівнює періоду коливання прикладеного синусоїдальної напруги.

Характеристики конденсаторів

Конденсатор в залежності від стану електроліту і матеріалу, з якого він складається, може бути сухим, рідинним, оксидно-напівпровідникових, оксидно-металевим. Рідинні конденсатори добре охолоджуються, ці пристрої можуть працювати при значних навантаженнях і володіють такою важливою властивістю, як самовідновлення діелектрика при пробої. У розглянутих електричних пристроїв сухого типу досить проста конструкція, трохи менше втрати напруги і струм витоку. На даний момент саме сухі прилади користуються найбільшою популярністю. Основною перевагою електролітних конденсаторів є дешевизна, компактні габарити і велика електроємність. Оксидні аналоги - полярні (невірне підключення призводить до пробою).

Як підключається

Підключення конденсатора в ланцюг з постійним струмом відбувається наступним чином: плюс (анод) джерела струму з`єднується з електродом, який покритий окисной плівкою. У разі недотримання цієї вимоги може статися пробій діелектрика. Саме з цієї причини рідинні конденсатори потрібно підключати в ланцюг зі змінним джерелом струму, з`єднуючи зустрічно послідовно дві однакові секції. Або нанести оксидний шар на обидва електроди. Таким чином, виходить неполярний електроприлад, що працює в мережах як з постійним, так і з синусоїдальною струмом. Але і в тому і в іншому випадках результуюча ємність стає в два рази менше. Уніполярні електричні конденсатори володіють значними розмірами, зате можуть включатися в ланцюзі зі змінним струмом.

Основне застосування конденсаторів

Слово «конденсатор» можна почути від працівників різних промислових підприємств і проектних інститутів. Розібравшись з принципом роботи, характеристиками та фізичними процесами, з`ясуємо, навіщо потрібні конденсатори, наприклад, в системах енергопостачання? У цих системах батареї широко застосовують при будівництві та реконструкції на промислових підприємствах для компенсації реактивної потужності КРМ (розвантаження мережі від небажаних її перетоків), що дозволяє зменшити витрати на електроенергію, заощадити на кабельної продукції і доставити споживачеві електроенергію кращої якості. Оптимальний вибір потужності, способу і місця підключення джерел реактивної потужності (Q) в мережах електроенергетичних систем (ЕЕС) робить істотний вплив на економічні і технічні показники ефективності роботи ЕЕС. Існують два типи КРМ: поперечна і поздовжня. При поперечної компенсації батареї конденсаторів підключаються на шини підстанції паралельно навантаженню і називаються шунтовимі (ШБК). При поздовжньої компенсації батареї включають у розтин ЛЕП і називають КПК (пристрої поздовжньої компенсації). Батареї складаються з окремих приладів, які можуть з`єднуватися різними способами: конденсатори послідовного підключення або паралельного. При збільшенні кількості послідовно включених пристроїв збільшується напруга. КПК також використовуються для вирівнювання навантажень по фазах, підвищення продуктивності та ефективності дугових і рудотермічних печей (при включенні КПК через спеціальні трансформатори).

На схемах заміщення ліній електропередачі з напругою понад 110кВ емкостная провідність на землю позначається у вигляді конденсаторів. ЕП лінії обумовлена електроємність між провідниками різних фаз і ємністю, утвореної фазним проводом і землею. Тому для розрахунків режимів роботи мережі, параметрів ЛЕП, визначення місць пошкодження електричної мережі використовуються властивості конденсатора.

Ще про сфери застосування

Також даний термін можна почути від працівників залізниць. Навіщо потрібні конденсатори їм? На електровозах і тепловозах дані пристрої використовуються для зниження іскріння контактів електричних апаратів, згладжування пульсуючого струму, що видається випрямлячами і імпульсними переривниками, а також для створення генерації симетричного синусоїдальної напруги, використовуваного для живлення електродвигунів.

Однак це слово найчастіше можна почути з вуст радіоаматора. Навіщо потрібні конденсатори йому? У радіотехніці їх використовують для створення електромагнітних коливань високої частоти, вони входять до складу сглаживающих фільтрів, блоків живлення, підсилювачів і друкованих плат.

У бардачку кожного автолюбителя можна знайти пару-трійку цих електроприладів. Навіщо потрібні конденсатори в автомобілі? Там вони використовуються в посилюючої апаратурі акустичних систем для якісного відтворення звуку.