Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Пробивное и рабочее напряжения конденсатора. Сопротивление утечки конденсатора

Deprecated: Non-static method Date_TimeZone::isValidID() should not be called statically, assuming $this from incompatible context in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/pear/date/Date.php on line 576

Notice: Undefined offset: 1 in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/common/common.class.php on line 343

Notice: Undefined offset: 1 in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/common/common.class.php on line 343

Deprecated: mysql_escape_string(): This function is deprecated; use mysql_real_escape_string() instead. in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/db/mysql.class.php on line 135

Deprecated: mysql_escape_string(): This function is deprecated; use mysql_real_escape_string() instead. in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/db/mysql.class.php on line 135

Deprecated: mysql_escape_string(): This function is deprecated; use mysql_real_escape_string() instead. in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/db/mysql.class.php on line

135

Deprecated: mysql_escape_string(): This function is deprecated; use mysql_real_escape_string() instead. in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/db/mysql.class.php on line 135


­Для каждого конденсатора существует предельное напряжение, до которого его можно зарядить. Если напряжение между пластинами конденсатора превысит этот предел, произойдет пробой диэлектрика, помещенного между пластинами. При пробое диэлектрика через него проскакивает искра, которая разрушает диэлектрик, обугливая его. А так как уголь является проводником, пластины конденсатора оказываются соединенными между собой и конденсатор выходит из строя. Напряжение, при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным напряжением конденсатора. Пробивное напряжение конденсатора зависит от свойств диэлектрика и от его толщины. Чем больше толщина диэлектрика, тем большее напряжение он может выдержать. Зависимость пробивного напряжения от свойств диэлектрика характеризуется электрической прочностью диэлектрика. Электрической прочностью называют такое напряжение, при котором происходит пробой слоя данного диэлектрика толщиной 1 мм. Электрическую прочность выражают в киловольтах на миллиметр.

Конденсаторы, в которых изолятором между пластинами является воздух, не портятся после пробоя, поэтому их часто используют в поселениях, далеко от города, примером может послужить коттеджный поселок в Подмосковье. Наибольшее напряжение, которое кратковременно выдерживает конденсатор, не пробиваясь, называется испытательным напряжением конденсатора. Под таким напряжением конденсаторы испытывают после изготовления на заводе. Испытательное напряжение иногда указывается на корпусе конденсатора. На каждом конденсаторе указывается его рабочее напряжение. Рабочим напряжением конденсатора называется такое напряжение, при котором конденсатор может длительное время надежно работать не пробиваясь. Рабочее напряжение устанавливается обычно в 2-3 раза меньше испытательного, чтобы случайные броски напряжения, которые всегда могут быть, не вывели конденсатор из строя. Пробой диэлектрика может произойти не только между пластинами конденсатора, но и между любыми двумя проводниками, если между ними действует высокое напряжение. Чем выше напряжение, тем труднее предотвратить пробой. Нашим ученым и инженерам пришлось разрешить целый ряд сложных вопросов для предотвращения пробоя изоляторов на строящихся линиях передачи электрической энергии между Куйбышевом, Сталинградом и Москвой, где напряжение будет 400 000 е. Провода будут подвешены на стальных мачтах при помощи гирлянд изоляторов длиной 6 м.

Сопротивление утечки конденсатора. Как уже упоминалось, не существует в природе таких изоляторов, которые бы совершенно не пропускали тока. Поэтому, если конденсатор зарядить, то в диэлектрике будет проходить очень малый ток, разряжающий конденсатор. Этот ток называется токомутечки. Сопротивление, которое оказывает конденсатор току утечки, называется сопротивлением утечки. Сопротивление утечки конденсатора должно иметь очень большую величину. Чем больше сопротивление утечки, тем лучше конденсатор. Обычно сопротивление утечки имеет величину в несколько сотен или даже тысяч мегом. Сопротивление утечки измеряют приборами, предназначенными для измерения больших сопротивлений. Такие приборы называются мегомметрами. ­

Наша продукция

...

Пробой конденсатора - Справочник химика 21

    Магнето не дает искры. Главными причинами этого дефекта могут быть обрыв в первичной или вторичной цепи магнето, а также пробой конденсатора. Необходимо сменить трансформатор или конденсатор магнето. 
[c.132]

    При этом, очевидно, возможен случай, при котором составляющие напряжения и Ес могут быть больше напряжения питающей сети что может привести к нежелательным последствиям (повреждение изоляции обмотки индуктора, пробой конденсатора). [c.124]


    С увеличением числа слоев диэлектрика средняя пробивная напряженность будет возрастать до определенного значения, затем с увеличением числа слоев, напряженность начнет снижаться за счет усиления искажения поля у краев обкладок. Для получения максимальной величины р следует брать оптимальное число слоев диэлектрика. На кратковременную электрическую прочность большое влияние оказывает частота приложенного напряжения. У жидких и твердых диэлектриков кратковременная электрическая прочность снижается с увеличением частоты. Пробой конденсатора может произойти не только через толщину ди- [c.339]

    Процесс старения конденсаторов характеризуется кривой жизни конденсатора (зависимость электрической прочности от времени воздействия напряжения). Для опытного определения этой зависимости ряд партий однотипных конденсаторов включают под напряжение при значениях напряженности Е1, 2 и т. д. и находят значения времени Т1, Тг и т. д., при которых происходит пробой конденсаторов. 

[c.340]

    На сопротивлении в момент пробоя создается высокое напряжение, почти равное напряжению на обкладках конденсатора. Поскольку промежуток МЭП меньше расстояния между дисками разрядника, это напряжение оказывается достаточным для его пробоя. Электроцепь замыкается через аналитический промежуток, и конденсатор быстро разряжается через него. Легко представить, что если отключено сопротивление или нарушена электроцепь, высоковольтный трансформатор может не обеспечить пробой двух последовательно включенных промежутков напряжение окажется недостаточным для пробоя их суммарного промежутка, но будет способно пробить конденсатор. Практическая схема генератора искры для защиты от перенапряжений, возникающих в подобных случаях, имеет защитный разрядник. Он подключается к конденсатору параллельно. [c.32]

    Усилитель напряжения проверяют в последнюю очередь. Проверку начинают с измерения анодного тока всех трех каскадов, поочередно подключая в разрыв анодной цепи миллиамперметры /, // и /// (см рис. 130). Для измерений используют миллиамперметр с пределом измерения 1—2 ма. Отсутствие тока может быть из-за обрыва цепи катода или сетки лампы (при условии, что производилась проверка источников питания и электронных ламп). Это может произойти при обрыве сопротивлений автоматического смещения / ь Яг, Яв и утечке сеток Яз и / 4. Уменьшение анодного тока связано с возрастанием сопротивлений Я1, Я2, Яь. Причиной увеличения анодного тока может быть замыкание сопротивлений 1, 2, 5, пробой конденсатора Сг (для первого каскада усиления), замыкание сопротивлений утечки сетки и замыкание сопротивлений / )о анодной нагрузки. 

[c.171]

    В ректификационных колоннах, теплообменниках, конденсаторах-холодильниках, емкостях и в насосных установлены краники для периодического взятия проб. На установках АВТ, построенных ранее, воронки из-под этих краников соединялись непосредственно с канализационными колодцами, куда спускались жидкие нефтепродукты. Количество спускавшихся продуктов было весьма значительным. Для уменьшения потерь, возникающих при взятии проб, число пробных краников сокращено до минимума в связи с наличием на установках анализаторов качества воронки из-под пробных краников соединены в общую линию установлена на низкой отметке специальная емкость, к которой присоединен трубопровод от пробных краников вертикальный насос периодически подкачивает собранные продукты в сырье, поступающее на переработку. 

[c.229]

    В кислородном цехе химического комбината произошел взрыв в хвостовой части сливного коллектора. Причина взрыва — скопление в коллекторе органических примесей и подсос загрязненного воздуха через камеры забора воздуха. При перекрытии вентиля на выходе газообразного кислорода из межтрубного пространства колонны технического кислорода повысилось давление. При открывании вентиля для слива жидкого кислорода из конденсатора дополнительной колонны часть кислорода попала на органические вещества, осевшие в коллекторе. Анализ проб на содержание аце- [c.124]

    На одной из установок в США газовым хроматографом в пробах из конденсатора обнаружили п-бутана — [c.37]

    ОПС всех примесей (кроме ацетилена) целесообразно принять равным 0,5 ПДС и установить следующий регламент работы блоков разделения О—0,5 ПДС — нормальная работа с отбором проб через 4 ч из конденсатора, последнего по ходу жидкого кислорода 0,5- 1,0 НДС — учащение анализов (через 2 ч), увеличение проточности, переключение воздухозабора и т. п. > 1,0 ПДС — остановка, слив жидкости, отогрев. 

[c.147]

    После достижения в конденсаторе 0,5 нормального уровня, но не позднее чем через 3 ч после появления в нем жидкости, должна быть отобрана проба для анализа на ацетилен. По результатам этой пробы судят о том, в каком состоянии находятся адсорберы после ремонта. Если в пробе обнаружен ацетилен в количестве более 0,04 см 1дм , то следует взять вторую пробу. Если содержание ацетилена и в этой пробе также более 0,04 см 1дм , то следует переключить адсорбер. [c.150]

    Установленный график отбора проб должен соблюдаться независимо от отбора внеочередных проб. При работе блока разделения с уровнем жидкости в конденсаторе меньше 0,75 уровня, рекомендованного инструкцией завода-изготовителя, анализы и ацетилен следует брать чаще. При содержаниях ацетилена в жидкости из куба нижней колонны менее 0,2 (0,15 ) см 1дм эксплуатация блока ведется нормально. 

[c.152]

    Колонка должна быть снабжена головкой, обеспечивающей удобный отбор проб из паровой фазы. Для этой цели пригодна обычная головка, изображенная на рис. 32. Во время опыта кран находится в закрытом положении, а проба пара отбирается путем уменьшения расхода охлаждающей БОДЫ, поступающей в конденсатор 2. Этот пар конденсируется в холодильнике 3, к которому присоеди- Р с. 32. Головка ректифи-кяе.оя пробоотборник. [c.109]


    I — вентиль для отбора пробы жидкости 2 — карман для термопары 3 — продувочные вентили 4 — манометр 5 — конденсатор 6 — вентиль для отбора пробы пара 7 — предохранительный клапан 5 — куб 9 — перфорированная медная трубка 10 — дренажный вентиль. [c.91]

    После кипячения в течение 2—3 час. при постоянном режиме, что гарантирует в известной степени наличие равновесия между парами и жидкостью, отбирают пробу в количестве 2,5—3,0 мл соответственно из куба и из отводной трубки конденсатора. В каждой из этих проб определяют концентрацию легколетучего компонента по коэффициенту рефракции или 

[c.205]

    Вероятность попадания метеорита, способного пробить 2,Ь-мм стенку из нержавеющей стали, для поверхности, имеющей общую площадь 9,3 м , составляет 0,04 в год [101. Для уменьшения вероятности возникновения течи в конденсаторе в случае пробоя трубы можно применять трубы с развитой поверхностью оребрения, чтобы основная часть поверхности приходилась на ребра. Другой метод заключается в использовании цилиндрических конструкций, подобных конфигурации 5 (см. рис. 13.12), трубы которых снабжены отражателями (трубы типа С, см. рис. 13.12). Использование отражателей позволяет получить с тыльной стороны трубы почти столь же эффективный отвод тепла, как и с внешней. Если поверхность отражателя гладкая и блестящая, то около 75% энергии, падающей с тыльной стороны трубы и ребер, зеркально отражается в космическое пространство. Остальные 25% энергии либо поглощаются и потом излучаются вновь, либо диффузно отражаются. Из этих 25% примерно половина излучается в космическое пространство, а половина попадает на поверхность трубы. Таким образом, общая излучательная способность той части поверхности трубы и ребер, которая обращена к отражателю, составляет примерно 85% излучательной способности лицевой поверхности. Компоновки ребер могут быть различными, но наиболее удачной с точки зрения минимума суммарного веса является Т-образная конструкция, аналогичная типу С (см. рис. 13.12), по без верхнего ребра, которое оказалось малоэффективным [9J. Следует отметить, что лицевая сторона трубы должна быть толще для обеспечения защиты от метеоритов, так как поверхность, обращенная к отражателю, надежно защищена. 

[c.263]

    Для получения токов смещения такой величины, которая обеспечивает необходимую интенсивность теплогенерации, к контактным поверхностям нагреваемого тела с помощ,ью так называемых рабочих конденсаторов подводится такая разность потенциалов, которая, обеспечивая достаточную напряженность электрического поля в диэлектрике,-не приводит к электрическому пробою в нагреваемом материале. Для этого рабочее напряжение принимают обычно в 1,5—2 раза ниже, чем напряжение пробоя. Так как последнее зависит ет свойств материала, способа его укладки, отсутствия или величины воздушного зазора на высокой стороне конденсатора, то величина допустимого напряжения поля есть величина переменная, колеблющаяся в пределах 1—6 кВ/см. Общие соображения могут быть высказаны в отношении частоты тока. До значения 300 МГц длина волны превосходит 1 м, что обеспечивает равномерный нагрев диэлектрика вне зависимости от его теплопроводности. При дальнейшем уменьшении длины волны, если она становится соизмеримой с толщиной нагреваемого тела, будет происходить поверхностный нагрев тела и выравнивание температуры будет зависеть от теплопроводности. [c.215]

    Дефекты теплоотвода обрыв выводов короткие замыкания некачественная металлизация сколы резистивной пленки плохая адгезия и термокомпрессия пробой конденсаторов объемные дефекты полупроводнико-вого материала.  [c.334]

    Кенотрон 5ЦЗС имеет катод прямого накала, который обеспечивает большой ток эмиссии. Однако при питании аппаратуры с электронными лампами, имеющими подогревные катоды, от выпрямителя с прямонакальным кенотроном, нельзя одновременно включать все лампы, так как нить кенотрона будет прогреваться быстрее в результате выпрямитель некоторое время будет работать без нагрузки, что может привести к пробою конденсаторов фильтра. [c.82]

    Если 1В таком конденсаторе постепенно повышать напряжение и пропускать в пространство между электродами воздух, то так же, как и в примере с плоским конденсатором, вначале при прохождении воздуха сила тока будет незначительно повышаться благодаря увеличению скорости движения заряженных частичек, вошедших с воздухом. Но и в этом конденсаторе наступит такой момент, когда с повышением напряжения у по1верхности проволочки появится зона с такой высокой концентрацией силового поля (а следовательно, и скоростью движения заряженных частиц), что в этой зоне возникнет ударная ионизация. Вначале эта зона высокой концентрации будет очень мала и количество образовавшихся в результате ударной ионизации заряженных частичек будет небольшим, но по мере дальнейшего повышения напряжения она будет постепенно расширяться и в пространстве между электродами будет нарастать количество заряженных частиц. Когда зона высокой концентрации, в которой возникает ударная ионизация, займет все пространство между электродами, наступит пробой конденсатора. Как следует из сказанного выше, пробой в этом конденсаторе не совпадает с моментом возникновения ударной ионизации и количество заряженных частичек в пространстве между электродами будет возрастать постепенно, по мере расширения зоны ударной ионизации, а не мгновенно, как в плоском конденсаторе. [c.125]

    Лабораторные высокочастотные диэлекфические нафеватели (рис. 135) включают ламповые генераторы с колебательной мощностью 1 - 10 кВт и частотой тока 40 - 80 МГц. Напряженность элекфического поля не должна превышать определенного значения, иначе произойдет элекфический пробой конденсатора 1. У большинства органических веществ значение пробивного напряжения составляет (10 - 30) 10 кВ/м. [c.237]

    Измерительный прибор присоединяют к радиометру через гнезда Гн1 н Гнг, зашунтированпые резистором Яц, который предотвращает пробой конденсаторов С10С12 в случае длительного накопления на них заряда при отключенном от радиометра измерительном приборе. [c.89]

    Пробы жидкого кислорода на анализ отбирают из пространства между наружной и внутренней обечайками, пеэтому при отсутствии достаточной циркуляции результаты анализа будут показывать содержание примесей в жидкости, поступающей в конденсатор. В то же время содержание примесей внутри трубного пучка может быть [c.10]

    На рис. 204 показана схема контроля работы колонны с применением системы обратной связи. Здесь анализируются пробы жидкости из конденсатора паров продукта верха колопны с целью контроля скорости потока продукта низа колонны. Недостаток этой системы заключается в ее инерционлюсти. [c.318]

    Проверив включение теплообменников и закрытие задвижек на обводных линиях, поднимают производительность установки по сырью и температуры на выходе из печи до указанной в технологической карте, включают конденсатор воздушного охлаждения и конденсаторы-холодильники. Затем отбирают пробы нефтепродуктов, анализ которых необходим для ведения технологического режима. Если результаты анализов соответствуют межцеховым нормам, нефтепродукты выводят в резервуар-ные парки. Вывод нефтепродуктов осуществляют при температурах, соответствующих межцеховым нормам. Только после этого приступают к выводу на режим остальных блоков. По окончании планово-предупредитель-ных ремонтов или после кратковременных остановок установку пускают в том же порядке, как описано выше, но исключают промывку аппаратов установки холодной водой и длительную холодную циркуляцию. После опрес- [c.73]

    Куб 13 охлаждают до требуемой температуры с помощью бани, заполненной смесью метанола с сухим льдом или другим хладо-агентом. Одновременно хладоагент загружают в конденсатор 4. Если по каким-либо причинам нежелательно поддерживать постоянную температуру конденсации с помощью криостата с охлаждающим рассолом, то в качестве хладоагентов можно применять жидкий воздух или азот. Затем в кубе 13 конденсируют высушенную и, при необходимости, освобожденную от СОз пробу газа. После этого вместо охлаждающей бани используют сосуд Дьюара 12. При правильной установке верхний край сосуда Дьюара должен соприкасаться с держателем штатива, поддерживающим куб. Содержимое куба 13 испаряют, как обычно, с помощью электронагревателя 11. Неперегретые пары поступают в спиральную колонну 1, изолированную посеребренным высоковакууми-рованным кожухом и дополнительно стекловолокном, Преду- [c.252]

    Пробоотборник гайкой 2 соединяют с точкой Отбора пробы при открытых вентилях 1 и 5. Легким открытием вентиля на технологическом аппарате продувают емкость 4 отбираемым газом, а затем вентиль 5 закрывают. При достижении давления по манометру 3, равного давлению в аппарате, закрывают вентили на аппарате и на пробоотборнике, после чего последний снимают. Пробоотборник на рис. 1.3 применяется, если в процессе отбора газовая проба частично конденсируется при температуре окружающей средьк Показаны два варианта сбора конденсата через металлический змеевик 1 с самостоятельным сборником (а) и портативный стеклянный конденсатор,совмещенный со сборником (б), помещаемый обычно в стакан с водой или с более йиэкотемператур-нымхладоагентом. Сосуды 5 н 6 обычно калибруют для определения объемов конденсата и газа. После окончания отбора пробы перекрывают вентиль на технологическом аппарате и зажимы. Определяют объем жидкой фазы (К к) в сосуде 5 н объем газовой фазы (Кг )1 соответствующий отобранному объему жидкой фазы, т. е. [c.9]

    Нами выполнен анализ на групповое содержание легколетучих растворимых и нерастворимых в воде веществ. Паро-газодисперсную смесь отбирали после конденсаторов и фильтра с пилотной установки. Газ просасывали с помощью аспираторов через стеклянную трубку с ватными тампонами, два дрекселя с дистиллированной водой и два дрекселя с гидроксиламином. Прошедший через дрексели газ отбирали в газовую бюретку и анализировали хроматографически. С помощью анализа не были обнаружены легколетучие кислоты, альдегиды, кетоны. Хроматографический анализ газа в бюретке дал несколько повышенное содержание диоксида углерода. По результатам анализа дисперсная фаза (белый мелкокристаллический порошок) включала до 50% дурола и до 20-25% альдегидов — производных бензальдегида. Ниже приведены заводские данные седиментационного анализа усредненной пробы ПМДА-сырца из циклонов по счетчику Культера. [c.109]

    Число теоретических тарелок можно определять также по упрощенной номограмме (рис. X. 41), составленной Бреггом [64] для смеси бензол — дихлорэтан. При помощи этой диаграммы число теоретических тарелок находится как разность значений коэффициентов рефракции или плотностей проб соответственно из колбы и конденсатора. [c.205]

    На пилотной установке непрерывного действия колонного типа (рис. 97) можно получать дорожные, строительные, кровельные и специальные битумы разных марок, изучать влияние природы сырья и параметров режима окисления на свойства битумов. Ее основные аппараты резервуары для сырья емкостью 2 л (диаметр 210 мм, высота 260 мм) трубчатый подогреватель из стальных труб длиной 1500 мм, внутренним диаметром 6 мм с электрообогревом окислительная колонна диаметром 80 мм, высотой 1000 мм с тремя боковыми отводами для отбора проб битума, ])асположепными па выоте 300, 600 и 900 мм от днища колонны напорная емкость конденсатор-холодильник для конденсации и охлаждения паров и газообразных продуктов окисления приемник для конденсата (отдува) приемник для битума (на схеме пе показан). [c.277]

    При спектральном анализе металлов и сплавов наиболее часто в качестве источника света используют высоковольтную конденсированную искру (рис. 3.4). Повышающий трансформатор заряжает конденсатор С до напряжепия, 10—15 кВ. Значение напряжения определяется сопротивлением вспомогательного промежутка В, которое в свою очередь выбирают всегда большим сопротивления рабочего промежутка А. В момент пробоя вспомогательного промежутка одновременно происходит также и пробой рабочего промежутка. В момент пробоя конденсатор С разряжается, а затем снова заряжается. В зависимости от параметров схемы и скорости деионизации промежутка следующий пробой может произойти или в этом же, или в другом полупериоде. [c.62]

    Если анализируемая проба находится в конденсаторе колебательного контура, то говорят об измерении с помощью емкостной ячейки. На эффективную емкость такой ячейки оказывают в [ияние диэлектрическая проницаемость и электропроводность пробы, а следовательно, и резонансная частота и демпфирование колебательного контура. Таким образом, пе- ременнотоковое сопротивление — импеданс ячейки зависит от диэлектрической проницаемости и электропроводности пробы. Резонансная частота и амплитуда колебаний в колебательном контуре отражают изменение импеданса. [c.329]

    Сетевое напряжение от стабилизатора подается на потенциометр ЭПП-09 и на трансформатор выпрямителя, питающего мост детектора. Напряжение ня вторичной обмотке этого трансформатора выпрямляется селеновым мостиковым выпрямителем и сглаживается фильтром, состоящим из конденсаторов и сопротивления. На панели силового блока расположен вольтметр 6, измеряющий напряжение панели моста детектора. Синхронный двигатель аппарата КЭП-12У питается от отвода 127 в ЛАТРа. КЭП с помощью пневматических золотников управляет работой дозатора. Индикация положения дозатора (отбор пробы из баллона или ее перенос в колонку) осуществляется с помощью пневмопереключателей, контакты которых замыкаются при включении воздуха управления. При этом загораются лампы отбор пробы или разгонка . [c.154]


Электрическая емкость (страница 2)

1. К пластинам плоского конденсатора приложено напряжение U = 220 в.

Определить напряженность электрического поля Е между пластинами в средней его области, если расстояние между пластинами d=1 мм. Чему равна сила F, действующая в этой области поля на частицу с зарядом ?

Решение:
В средней области пространства между пластинами плоского конденсатора электрическое поле можно считать однородным. Линии напряженности электрического поля начинаются на поверхности положительно заряженной пластины и кончаются на поверхности отрицательно заряженной пластины. Эти линии перпендикулярны к пластинам. Поэтому расстояние между пластинами равно длине линии напряженности электрического поля. Следовательно, электрическое напряжение между пластинами, поделенное на расстояние между ними, равно напряженности электрического поля:

где расстояние d измерено в метрах. На частицу, обладающую электрическим зарядом , в этом поле действует сила

Единица измерения силы дж/м называется ньютоном (сокращенно н).

2. Напряжение между разомкнутыми зажимами генератора равно 115 в (рис. 1).
Определить потенциалы зажимов при: а) заземлении зажима «плюс»; б) заземлении зажима «минус».

Решение:
Электрическое напряжение U между зажимами «плюс» и «минус» генератора равно разности потенциалов этих зажимов: . В первом случае заземлен зажим «плюс», следовательно, . Подставив числовые значения, получим

откуда
Во втором случае заземлен зажим «минус», следовательно, . Подставив числовые значения, будем иметь

откуда

На основании решения задачи можно видеть, что определенной величиной является электрическое напряжение. Оно не изменяется при изменении потенциалов всех точек поля на одну и ту же величину одновременно. В то же время потенциалы в отдельных точках электрического поля могут изменяться в зависимости от заземления той или иной точки.

3. Определить необходимую толщину слоя слюды между пластинами плоского конденсатора, если его номинальное напряжение должно быть в 4 раза меньше пробивного напряжения . Пробивная напряженность слюды . Какой толщины потребуется электрокартон (для него ), если его применить вместо слюды?

Решение:
Пробивное напряжение

Принимая электрическое поле плоского конденсатора однородным, получим искомую толщину слоя слюды:

Так как пробивное напряжение равно 24 кв, то искомая толщина электрокартона

Отношение толщин связано с отношением напряженности следующим образом:

Следовательно, необходимые толщины диэлектрика обратно пропорциональны пробивным напряженностям.

4. Конденсатор емкостью С=1 мкф присоединен к сети с постоянным напряжением U=220 в.
Определить электрический заряд пластины, соединенной с положительным полюсом сети. Каким был бы электрический заряд, если бы напряжение сети было вдвое меньше?

Решение:
Электрический заряд

где вследствие подстановки емкости С, измеренной в микрофарадах, электрический заряд измерен в микрокулонах.
Емкость С конденсатора — постоянная величина, если диэлектрические свойства изолятора между пластинами не зависят от напряжения U, приложенного к пластинам конденсатора. Такая электрическая емкость называется линейной.
Когда конденсатор с линейной емкостью присоединяется к сети, имеющей вдвое меньшее напряжение, электрический заряд будет также вдвое меньше:

Поэтому правильный выбор емкости конденсатора обеспечивает необходимой величины заряд в случае включения конденсатора на номинальное напряжение.

5. Плоский конденсатор имеет емкость С = 20 пф.
Какими следует выбрать толщину диэлектрика из стекла и площадь пластин, если конденсатор должен работать при номинальном напряжении , имея четырехкратный запас прочности?

Решение:
Пробивное напряжение при четырехкратном запасе прочности в 4 раза больше номинального напряжения:

Искомая толщина стекла

Из формулы емкости плоского конденсатора

определяем площадь пластины. В этой формуле величины измерены:

Подставим в нее числовые значения:

При меньших значениях и больших значениях d площадь пластины конденсатора должна быть больше.

6. Емкость конденсатора переменной емкости можно плавно изменять от 10 до 200 пф.
Какие границы изменения емкости можно получить, если присоединить к этому конденсатору такой же второй конденсатор?

Решение:
Присоединение второго конденсатора может быть последовательным и параллельным. Если второй конденсатор присоединен параллельно первому, то их эквивалентная емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.
Наибольшая емкость составит:

Если второй конденсатор присоединить последовательно к первому, то обратная величина эквивалентной емкости будет равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов. Поэтому наименьшая емкость определится так:

откуда

Таким образом, емкость изменяется от 5 до 400 пф.
Последовательное присоединение второго конденсатора уменьшило минимальную емкость, а параллельное присоединение второго конденсатора увеличило максимальную емкость.
При последовательном соединении двух одинаковых конденсаторов схему можно включать на напряжение в два раза большее, чем при параллельном соединении.

Основные характеристики силовых конденсаторов

Электрическим конденсатором называется устройство, состоящее из двух (или нескольких) плоских проводников (обкладок), разделенных диэлектриком. По области применения все конденсаторы можно разде­лить на две большие группы: радиоконденсаторы, используемые в тех­нике малых токов, и силовые конденсаторы, применяемые в технике больших токов и высоких напряжений. Конденсаторы первой группы широко используют в радиотехнике, электронике, автоматике и телемеха­нике, электроизмерительной технике и т.п. Конденсаторы второй группы применяют для повышения коэффициента мощности промышленных электроустановок, продольной компенсации реактивного сопротивления линий электропередачи, высокочастотной связи и защиты линий электро­передачи высокого напряжения, отбора мощности от линий электропере­дачи высокого напряжения, генерации импульсных токов и напряжений, тиристорного управления, оборудования, применяемого в технологии управляемых (гибких) линий электропередач и электропривода и других силовых преобразовательных устройств.

Основным параметром конденсатора, определяющим его способность накапливать и удерживать на обкладках электрический заряд, является электрическая емкость или просто емкость. Емкость конденсатора опре­деляется отношением заряда на его обкладках к значению напряжения между ними и зависит от его геометрических размеров. Чем больше пло­щадь обкладок и меньше, расстояние между ними, тем больше емкость конденсатора. Кроме того, на значение емкости конденсатора влияет диэлектрик, разделяющий обкладки, который характеризуется абсолют­ной диэлектрической проницаемостью еа. Емкость плоского конденса­тора, состоящего из двух обкладок, разделенных диэлектриком, определя­ется в фарадах (Ф),

(9.4)

где S — площадь обкладок м2; d — толщина диэлектрика, м; — абсо­лютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м.

В реальном конденсаторе, включенном в электрическую цепь, наряду с обменом мощности между конденсатором и источником энергии, неко­торая часть мощности расходуется на нагрев конденсатора и рассеива­ется в окружающей среде. Нагрев ухудшает качество диэлектрика и сни­жает электрическую прочность конденсатора. Потери мощности в конденсаторе складываются из потерь в диэлектрике Рди потерь в метал­лических частях Рм. Таким образом, полные потери мощности (активная мощность Р) в конденсаторе

Р= Рд+ Рм(9.5)

Практически полные потери мощности в конденсаторе можно опреде­лить как

, (9.6)

где — тангенс угла потерь конденсатора; Q — реактивная мощность конденсатора.

Из приведенной формулы можно определить тангенс угла потерь кон­денсатора

(9.7)

т.е. отношение активной мощности конденсатора к реактивной. Эта вели­чина является одной из основных качественных характеристик конденса­тора. Значение тангенса угла потерь силовых бумажных конденсаторов обычно находится в пределах 0,0015—0,004, или, если он определяется в процентах, 0,15—0,4 %.

Важнейшей характеристикой изоляционных материалов, с помощью которой оценивается способность диэлектрика выдерживать без пробоя воздействие электрического поля, является электрическая прочность. Элек­трическая прочность конденсаторов зависит прежде всего от качества диэлектрика, а также и от конструктивных особенностей конденсатора: площади обкладок, толщины диэлектрика, условий теплоотдачи и т.п. Параметры, определяющие электрическую прочность конденсатора: пробивное напряженке — напряжение, при котором происходит про­бой конденсатора во время относительно кратковременного (в течение нескольких секунд) повышения напряжения;

испытательное напряжение — напряжение, которое конденсатор дол­жен выдерживать без пробоя в течение определенного времени (до 1 мин). Испытательное напряжение устанавливается меньше среднего пробивного напряжения, определяемого опытным путем.

рабочее напряжение {номинальное) — напряжение, при котором кон­денсатор может надежно работать длительный промежуток времени. Номинальное напряжение обычно значительно меньше пробивного и испытательного.

Отношение среднего пробивного напряжения к номинальному пред­ставляет собой запас электрической прочности по отношению к рабочему напряжению, а отношение среднего пробивного напряжения к испыта­тельному — запас электрической прочности по отношению к испытатель­ному напряжению.

Электрическая прочность конденсаторов в условиях эксплуатации не остается постоянной и с течением времени снижается в результате про­цесса старения диэлектрика, которое заключается в том, что под воздей­ствием электрического поля в диэлектрике возникают физико-химиче­ские процессы, постепенно разрушающие диэлектрик и снижающие его электрическую прочность. Ухудшение свойств диэлектрика может при­вести к тепловому или электрическому пробою конденсатора.

Под удельными характеристиками конденсатора понимают отношение одного из электрических параметров конденсатора к его объему или массе. Удельная реактивная мощность силовых бумажных конденсато­ров, применяемых для улучшения коэффициента мощности, обычно дос­тигает 3,7 103 квар/м3 или 2,0 квар/кг, а бумажно-пленочных конденсато­ров 5,2—5,6 103 квар/м3 или 3,4 квар/кг.

Под тепловыми характеристиками конденсаторов понимают зависимость температуры нагрева диэлектрика от мощности потерь в конденсаторе.

 


Узнать еще:

Пробивное напряжение на переменном токе

Пробивное напряжение на переменном токе при частоте 5Э гц в в не более  [c.72]

Мотор-тестер с помощью осциллографа методом сравнения с эталонными осциллограммами позволяет определить отклонения в работе генератора переменного тока, состояние конденсатора и первичной обмотки катушки зажигания, состояние и зазор в контактах прерывателя, пробивное напряжение на свечах и работоспособность катушки зажигания. Имеющийся в комплекте вольт-  [c.148]


Пробивное напряжение (амплитудное значение) при частоте 50 гц практически соответствует пробивному напряжению постоянного тока, а сам разряд на переменном токе низкой частоты является последовательной разверткой во времени тех разрядов, которые существовали бы при данном мгновенном значении тока и напряжения. При повышении частоты эта квазистационарная картина нарушается.  [c.442]

Процесс оксидирования начинают на переменном токе прн напряжении 40—70 в, плотности тока 1—1,5 и выдержке 3 мин. Затем дополнительно накладывают постоянный ток с такой же величиной плотности тока и напряжения еще на 3 мин. Затем питание переменным током выключают и ведут процесс на постоянном токе, с плотностью тока 3—4 а дм в течение 1—2 час. в зависимости от требуемого пробивного напряжения. После промывки и сушки при 100—150° С оксидная пленка  [c.199]

Развитие процесса пробоя газа в обычных условиях занимает весьма короткое время — порядка микросекунд и менее. В связи с этим при пробое на переменном токе частотой до сотен или тысяч герц амплитудная величина пробивного напряжения практически равна вели-20 8  [c.208]

Рис. 4-19. Зависимость пробивного напряжения /пр, В, сплошной график и удельного сопротивле-1ШЯ на переменном токе ра. Ом м, пунктирный график от температуры для кристалла каменной соли. Масштабы по оси ординат логарифмические. По А. Ф. Вальтеру и Л. Д. Инге. См. также пояснения к этому рисунку на стр. 225,
Испытания. При испытаниях производят измерения пробивного напряжения разрядника на переменном токе, токов утечки разрядника при выпрямленном напряжении. Проводят эти испытания перед монтажом разрядника на электровозе.  [c.273]

Профилактические испытания включают в себя следующие операции измерение пробивного напряжения разрядника на переменном токе измерение токов проводимости разрядника при выпрямленном напряжении.  [c.132]

Дуговой разряд возбуждается с помощью генератора активизированной дуги переменного тока. Принципиальная электрическая схема генератора приведена на рис. 1. При включении кнопки /(9 напряжение на концах вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 1 (3 кВ) оказывается больше пробивного напряжения вспомогательного разрядника 3. В результате его пробоя конденсатор 7 ( i 0,003 мкФ) разряжается на первичную катушку высокочастотного трансформатора 2. Со вторичной катушки этого трансформатора напряжение (30 кВ) высокой частоты попадает на электроды дуги. Промежуток 4 между ними периодически (с частотой 50—100 с ) пробивается — активизируется к прохождению через него переменного тока электрической сети. Сила тока в дуге регулируется реостатом 6 и контролируется амперметром 9. При выполнении задачи она устанавливается равной 4— 5 А.  [c.34]


Скорости распространения электронных лавин к аноду, стримера к катоду и электронов с катодного пятна к аноду большие, поэтому пробой газа в однородном поле развивается весьма быстро. Например, пробой промежутка 1 см при нормальных атмосферных условиях завершается за 10" — 10" с. Благодаря большой скорости развития пробой газов на переменном напряжении с частотой 50 Гц происходит, если амплитудное значение приложенного напряжения достигает пробивного напряжения промежутка на постоянном токе. При кратковременном воздействии напряжения разряд в газе может не оформиться и пробивное напряжение повышается. Такое увеличение характеризуют коэффициентом импульса АГ п =  [c.173]

Рассмотрим методику упрощенного расчета пробивного напряжения при тепловом пробое. Пусть пластинка однородного диэлектрика, обладающего потерями, находится между двумя электродами, как показано на рис. 4-П. К электродам от достаточно мош,кого источника переменного тока прикладывается напряжение, которое можно увеличивать до пробивного. Рассеиваемая в диэлектрике мощность будет определяться выражением (3-S).  [c.69]

Чаще всего на практике применяется оксидная изоляция именно на алюминии (имеется в виду не естественный, весьма тонкий слой оксида, использующийся для изоляции лишь при малых, менее 1 В, напряжениях между соприкасающимися алюминиевыми проводами, а получаемый путем специальной обработки сравнительно более толстый оксидный слой), которая имеет существенно большие пробивные напряжения (рис. 6-46). Практически оксидная изоляция алюминия получается посредством электрохимической анодной обработки этого металла. Если в ванну с кислотным электролитом погрузить два электрода, один из которых выполнен из алюминия, и подать на них постоянное напряжение так, чтобы алюминиевый электрод являлся анодом и на нем выделялся бы кислород, то сила тока, идущего через ванну, будет быстро уменьшаться, а на поверхности алюминиевого электрода, погруженного в ванну, будет образовываться все более толстая оксидная пленка. Возможно применение для оксидирования алюминия и переменного напряжения, причем оба электрода или большее их число (при многофазном напряжении) изготовляются из алюминия.  [c.183]

По нормали VDE 0115 а, 12 [12] для искровых разрядников на складах горючих жидкостей классов опасности AI, АП и В около электрифицированных железных дорог предписывается при их размещении в опасной зоне взрывобезопасное исполнение. Изолирующие фланцы и искровые разрядники должны кроме того иметь надежное изоляционное покрытие, предохраняющее от случайного закорачивания, например, монтажным инструментом. Напряжение срабатывания искрового разрядника согласно нормали VDE 0433 часть 3/4.66, 5а [15] при импульсном напряжении 1/2/50 должно составлять не более 50 % пробивного напряжения переменного тока (считая по эффективному значению) изолирующего фланца.  [c.282]

Исследователь, как правило, интересуется не исходным значением потенциала пробивания, а его изменением во времени под воздействием окружающей среды. В ряде случаев, например, необходимо знать, изменяется ли контактная проводимость металлов, имеющих на поверхности окисные слои или гальванические покрытия. Г. Б. Кларк и Г. В. Акимов [50] для определения сопротивления окисных слоев на металлах и пробивного напряжения разработали специальный лабораторный прибор. Для этой же цели удобно применять универсальную пробойную установку УПМ-1М, выпускаемую промышленностью. На установке можно испытывать электрическую прочность изоляции и окисных пленок при наложении постоянного и переменного тока, а также оценивать порядок сопротивления изоляции испытываемых дета-  [c.164]

При радиочастотах, в особенности при коротких волнах, размеры изолятора устанавливают, исходя из допустимой температуры нагрева диэлектрика и из величины разрядного напряжения по поверхности, что же касается напряженностей, отвечающих электрическому пробою, то эти величины при коротких и даже при длинных волнах обычно значительно больше допустимых напряженностей, определяемых по нагреву. При расчетах напряжения теплового пробоя в первую очередь должны приниматься во внимание нагревостойкость материала, его угол потерь и зависимость угла потерь или tgS от температуры. В цепях переменного тока низкой частоты находят применение материалы, дающие резкое возрастание tgS уже при нагреве выше 20—30° С с другой стороны, известны диэлектрики значение tgS которых мало меняется в очень широком интервале температур, вплоть до 150—200° С в последнем случае тепловой пробой сможет развиваться только при достижении этих значений температуры. Для большинства органических диэлектриков допустимые температуры нагрева невысоки. Производить расчет на пробивное напряжение изделий, изготовленных из таких материалов, не имеет смысла, и допустимые напряжения следует устанавливать только исходя из условий приемлемой температуры нагрева.  [c.100]


Виды воздействия на трубки Пробивное напряжение в кв переменного тока частотой 50 гц, не менее, для трубок марок  [c.441]

Оксидная пленка на алюминии обладает рядом свойств, выгодно отличающих ее от других видов электроизоляционных покрытий. Она тонка, теплостойка, хорошо сопротивляется разрушающему действию коррозии. К недостаткам ее можно отнести малую эластичность и высокую гигроскопичность. Однако эти недостатки не играют решающей роли. Эластичность пленок можно увеличить, ведя электролиз с наложением постоянного тока на переменный и добавляя хлористые соли в сернокислый электролит. Гигроскопичность пленок устраняют пропитыванием их изоляционными лаками. Таким путем пробивное напряжение оксидных пленок может быть значительно повышено.  [c.33]

Среднюю пробивную напряженность р. ср — напряженность при пробое диэлектрика в неоднородном поле — определяют на соответствующих образцах при условиях, приближающихся к эксплуатационным, когда поле отличается той или иной степенью неоднородности. Поэтому величина р. ср существенно зависит от толщины образца, его площади, свойств окружающей среды и др. Испытания на электрическую прочность производят при постоянном токе, при импульсах и при переменном токе. При постоянном токе за пробивное напряжение принимается постоянное напряжение на образце в момент пробоя при переменном синусоидальном токе — действующее значение напряжения. В некоторых случаях указывается амплитудное значение пробивного напряжения / р. акс- Пробивное напряженне диэлектриков при переменном токе зависит от частоты, поэтому, если это необходимо, испытания проводят не только при 50 гц, но и при более высоких частотах величину частоты оговаривают при испытаниях.  [c.150]

Величина ограничительного сопротивления равна 200 ом на один киловольт высшего напряжения установки для испытаний на пробой. Измерение напряжения тем или иным методом должно осуществляться с погрешностью не свыше 4%. Определение пробивного напряжения может производиться при плавном или ступенчатом подъеме напряжения. Порядок испытаний такой же, как и при переменном токе частотой 50 гц.  [c.168]

Ответ. У электроизоляционных материалов желательны большое удельное объемное сопротивление р, высокое пробивное напряжение Опр, малый и малая относительная диэлектрическая проницаемость Ег. В частности, для высокочастотных электроизоляционных материалов желательно, чтобы был мал коэффициент потерь е г=8г1 б (см. задачу 2-3). Электроизоляционные материалы предназначены препятствовать протеканию — безразлично, постоянного или переменного — тока, эти материалы имеют задачу поддерживать проводники, поэтому дополнительное нанесение электродов на них не практикуется. В этом их коренное отличие от диэлектриков в конденсаторах. Такие параметры, как р, С/цр> и е,, у электроизоляционных материалов должны быть стабильны по отношению к температуре, влажности, приложенному электрическому напряжению, времени.  [c.121]

При приложении выпрямленного напряжения в изоляции не протекают абсорбционные токи (не считая первого импульса тока) и, следовательно, потери в изоляции малы. Отсутствие емкостного тока препятствует значительному развитию частичных разрядов в изоляции. Поэтому пробивное напряжение изоляции на выпрямленном токе существенно выше, чем на переменном. Коэффициент упрочнения изоляции достигает 2—3. В силу этого испытательные напряжения выпрямленного тока повышаются по сравнению с испытательными напряжениями переменного тока.  [c.341]

Принцип действия осциллятора следующий. Конденсатор заряжается от трансформатора ПТ, обмотки которого имеют сравнительно большое индуктивное сопротивление. Вторичное напряжение трансформатора при холостом ходе равно 2500 в. Когда напряжение на обкладках конденсатора достигает значения пробивного напряжения, происходит пробой искрового промежутка разрядника и конденсатор разряжается на индуктивную катушку к- Энергия электрического поля, запасенная в конденсаторе, переходит в энергию магнитного поля индуктивной катушки. После разрядки конденсатора энергия, запасенная в магнитном поле катушки, переходит в электрическую по контуру опять проходит ток, но в обратном направлении, и конденсатор вновь заряжается. Далее процесс повторяется и возникают периодические колебания тока и напряжения в виде группы затухающих импульсов высокой частоты. Частота колебаний не зависит от частоты переменного тока, питающего трансформатор ПТ, и возбуждающего колебания, а зависит лишь от параметров колебательного контура емкости , индуктивности к и активного сопротивления контура.  [c.99]


Пробивное напряжение при испытании переменным током частотой 50 гц в течение 5 мин должно быть не менее 3000 в, сопротивление изоляции провода при комнатной температуре после 24-часового пребывания при относительной влажности воздуха 95—98% —не менее ЮОО Мом на 1 м.  [c.167]

Пробой воздуха развивается весьма быстро, поскольку он связан с разгоном электрическим полем частиц с большой подвижностью. При расстоянии между электродами 1 см пробой успевает завершиться за 10 — 10 сек. Поэтому практически скорость подъема напряжения на испытательном трансформаторе не влияет на электрическуто прочность газов. Но при достаточно кратковременном воздействии напряжения, например, отдельными импульсами, разряд в газе может и не оформиться, особенно при значительных расстояниях между электрода1МИ. В силу этого коэффициент импульса, равный отношению пробивного напряжения при импульсах к пробивному напряжению при постоянном токе или при 50 гц, оказывается для газов больше единицы. Коэффициент импульса зависит от формы самого импульса, от формы электродов и расстояния между ними, как правило, он не более 2. Благодаря большой скорости развития пробоя газов при повышении переменного напряжения пробой происходит при условии достижения определенной величины амплитудным значением, а не эффективным. Это обстоятельство может привести к неправильной оценке величины пробивного напряжения, если кривая переменного напряжения искажена, а измеряется только эффективное значение. При точно синусоидальном напряжении частотой 50 гц Б однородном электрическом поле при расстоянии между электродами 1 см и нормальных атмосферных условиях электрическая прочность воздуха, рассчитанная по максимальному напрялсреднему напряжению—21 кв1см. При постоянном напряжении пробой газов происходит при условии,  [c.75]

В зависимости от элементов, входящих в блок-схему АРЗ (см. рис. 51), различают регуляторы (по типу исполнительного двигателя) с выходом на двигатель постоянного тока, переменного тока, импульсного тока (шаговый двигатель), на гидродвигатель или гидроцилиндр регуляторы (по типу усилителя) — электронноионные, магнитные, магнитополупроводниковые, транзисторные, тиристорные, электромашинные, гидравлические, релейные и, наконец, вообще без усилителей. По конструкции механической части регуляторы разделяются на две группы с плавающим шпинделем и с жесткой подачей, т. е. с винтом-гайкой и редуктором. По типу входного сигнала различают регуляторы со съемом сигнала по амплитуде пробивного напряжения на промежутке, по среднему напряжению, или среднему значению импульсного тока.  [c.169]

Профилактические испытания разрядников РВМК-УМ. Профилактические испытания включают в себя измерения пробивного напряжения разрядника на переменном токе с частотой 50 Гц токов утечки разрядника при выпрямленном напряжении. Проводят эти испытания перед монтажом разрядника на электропоезде. Пробивное напряжение разрядника измеряют по схеме, приведенной на рис. 201, плавно повышая напряжение на разряднике до его пробоя. При этом время подъема напряжения до его пробоя не должно превышать 15 с ток, протекающий через разрядник, после его пробоя должен быть не более 0,7 А. Длительность горения дуги в разряднике должна быть ограничена реле максимального тока до значения не более 0,5 с. Во время испытания разрядник пробивается 5 раз. Интервал времени между отдельными измерениями должен быть не менее 30 с. За пробивное напряжение принимается среднее из пяти измерений. Измерительный прибор градуируется по амплитудному значению напряжения. Ток утечки разрядника измеряют при постоянном напряжении по схеме, показанной на рис. 202. Емкость, сглаживающая пульсации напряжения, должна быть не менее 0,2 мкФ, а погрешность в измерении напряжения — не превышать 3%. В качестве добавочного сопротивления к микроамперметру используется резистор СИ-10. Разрядник считается годным к дальнейшей эксплуатации, если профилактические испытания дали следующие результаты пробивное напряжение при промышленной частоте отличается не более чем на 5% от нормированного значения ток утечки при выпрямленном напряжении 4 кВ превышает не более чем в 1,5 раза нормируемое значение.  [c.229]

НАПОР [массе жидкости в этом объеме температурный — разность температур двух различных смежных или разделенных стенкой сред, между которыми происходит теплообмен] НАПРЯЖЕНИЕ механическое [служит мерой внутренних сил, возникающих в деформированном теле и определяемой отношением выявленной силы к величине элементарной площадки, выбранной внутри или на поверхности тела в гидроаэростатике определяется как сила, отнесенная к единице площади поверхности, на которую она действует касательное возникает под действием сил, касательных к нормальное возникает под действием сил, нормальных к> поверхности тела трение численно равно силе внутреннего трения в газе, действующей на единицу площади поверхности слоя] электрическое (численно равно суммарной работе, совершаемой кулоновскими и сторонними силами при перемещении по участку цепи единичного положительного заряда анодное прилагается между анодом и катодом электронной лампы или гальванической ванны зажигания обеспечивает переход несамостоятельного газового разряда в самостоятельный переменное, действующее значение которого вычисляют (для периодического напряжения) как среднеквадратичное значение напряжения за период его изменения пробивное вызывает разряд через слой диэлектрика сеточное приложено между сеткой и катодом электронной лампы и служит для запирания лампы при определенном значении его на участке цепи равно произведению его сопротивления на силу тока) НАПРЯЖЕНИЯ механические (контактные возникают на площадках соприкосновения деформируемых тел температурные образуются в теле вследствие различия температур составных его частей и ограничения возможностей теплового расширения со стороны окружающих частей тела или других тел остаточные вызываются крупными дефектами материала, неоднородностью кристаллической структуры и дефектами атомно-кристаллических решеток)  [c.253]

Хорошие результаты дает непрерывное оксидирование алюминиевой проволоки биполярным способом. Как показано на фиг. 46, проволока протягивается последовательно через две ванны при этом непосредственного контакта с каким-либо полюсом источника тока проволока не имеет. При постоянном токе в электролит первой ванны опущены аноды, в электролит второй — катоды. Проволока, замыкая цепь через электролит, в первой ванне служит катодом, а во второй—анодом и, следовательно, оксидируется. Этот процесс допускает наложение переменного тока на постоянный или только переменный ток. Электролитом в первой ванне является 10—20-процентный раствор серной кислоты с добавкой фтористого натрия и рабочей температурой до 80—90° С. Электролит оксидирования во второй ванне состоит из 3—5-процентного раствора щавелевой кислоты при температуре 90° С. При работе на постоянном токе плотность тока составляет 10—15 а/дм , а на переменном — может достигать 30 а/дм . Очистка поверхности происходит в первой ванне, с продолжительностью процесса 60—90 сек. Оксидирование длится лишь 30—40 сек. с перемешиванием сжатым воздухом. Полученная оксидная пленка окрашена в золотистый цвет, весь.ма эластична и имеет пробивное напряжение поряд [c.201]


В начале процесса включают переменный ток при напряжении 40— 70 в и плотности тока 1 —1,5 а дм на 3 мин, после чего накладывают на него постоянный ток с такими же плотностью тока и напряжением еще на 3 мин. Затем питание переменным током выключают и ведут процесс на постоянном токе с плотностью 3—4 а дм в течение 1—2 ч в зависимости от требуемого пробивного напряжения. После промывки и сушки при 100—150° С оксидная пленка без дополнительной пропйтки выдерживает 150—200 в. При оксидировании необходим очень жесткий контакт детали с подвеской. Наличие слабого контакта приводит к прожогу металла.  [c.177]

Оксидная изоляция на алюминиевых проводах получается по методу, схематически разъясняемому рис. 76. Провода пропускаются через ванну с электролитом (например, 2%-й водный раствор щавелевой кислоты), и между ними подается напрялпеременного тока (например, 220 в). Слой оксидной изоляции толщиной 0,03 мм имеет пробивное напряжение порядка 100 в. Из оксидированного алюминия могут изготовляться без дополнительной изоляции различные катушки и т. п. Весьма широкое примепение оксидная изоляция имеет в электролитических конденсаторах.  [c.207]

Анодирование в щавелевой кислоте. В приборостроительной промышленности находят применение щавелевокислые электролиты для получения главным образом окисных пленок с высокими электроизоляционными свойствами. Электролиты с щавелевой кислотой могут работать на постоянном и переменном токе. В них возможно получение окисных пленок толщиной 90—100 мк. Пробивное напряжение при соответствующей толщине пленки можно довести до 500 в и выше. При этом сопротивление пленок достигает 500 мгом. Пленки, полученные в щавелевой кислоте, отличаются характерным бледнозолотистым или темнозолотистым цветом и высокой твердостью.  [c.150]

Ниобий. Сведения о возможности электроосажденин ниобия из водных растворов, так же как сведения о реализации этих предложений, весьма малочисленны. В электролите на основе ниобиевой кислоты катодный выход металла по току составляет около 0,1 %. Водные растворы на основе фторниобатных комплексов весьма склонны к гидролизу. Более устойчивые соединения получены растворением металла при поляризации переменным током в соляной кислоте (50—150 г/л) с добавлением фторидов (10—30 г/л) и в борфтористоводородной кислоте [95]. Ионизация ниобия в НС становится возможной лишь после введения в нее ЫН4р. Скорость растворения металла составляет 0,15— 1,2 г/(дм -ч). При высоких плотностях тока — более 20 А/дм для солянокислого и более 10—12 А/дм для борфторидного растворов — наблюдалась пассивация ниобиевых электродов. На основе указанных растворов предложены способы получения сплавов N1—N5 (6 %) и Ре—N5 (10 %). Получены также пленки типа N5—ЫЬ О , и N1—N5—пробивное напряжение которых достигало 120 В [96]. Исследование состава покрытия, полученного с платиновым анодом из цитратного электролита, содержащего комплексное соединение ниобия, показало, что при электролизе совместно восстанавливаются Н, N5 и Р1, происходит незначительное растворение платины, на медном катоде формируется сплав, включающий N5 и Р1, содержание в котором ниобия составляет 0,5—0,7 % [97].  [c.148]

Ка в виде пластинки бесконечно большой площади между такими же эле1Хгродами, Это дало возможность рас-ематривать только среднюю часть пластинки со строго однородным электрическим н тепловым полем и пренебречь краевыми условиями, искажающими поле. Очевидно, что в таком случае всю теплоотдачу от диэлектрика в окружающую среду надо считать через толщу диэлектрика на электроды, так как тепловое сопротивление на торцы будет бесконечно велико. Увеличение толщины диэлектрика должно вызывать теперь ухудшение условий охлаждения и в силу этого снижать электрическую прочность, что и наблюдается в действительности. Расчеты В. А. Фока показали, что в вышеуказанных условиях электротепловой пробой твердых диэлектриков теоретически вполне возможен. Согласно теории В. А. Фока, пробивное напряжение твердого диэлектрика при переменном токе определяется следующим уравнением  [c.87]

Обмотки 3 обоих усилителей соединены последовательно и создавая постоянную уставку подмагничивания пульсирующим током, способствуют более четкому пробою стабилитрона СтЗ и отпиранию транзистора Т2. Обмотки 4 я 5 также соединены последовательно и через выпрямительный мост В2 подключены к выходу трансформатора постоянного тока ТПТ. Ток в этих обмотках пропорционален току главного генератора, а так как обмотки 4 н 3 взаимосвязаны с обмотками 2 и то и срабатывание противобоксовочной системы будет происходить в зависимости от величины тока главного генератора, т. е. будет обеспечиваться переменная чувствительность этой системы. Обмотка 5 включена через стабилитрон Стб на потенциометр Р12 и будет усиливать действие обмотки 4 только в том случае, если падение напряжения на потенциометре Р12 превысит пробивное напряжение стабилитрона Стб (при токе главного генератора около 3300 а). Потенциометр Я12 используется также для настройки регулятора тока.  [c.87]

Сопротивление и электрическую прочность изоляции оценивают по значению сопротивления и пробивного напряжения. Сопротивление изоляции электрических машин с номинальным напряжением до 500 В измеряется мегаомметром на 500 В, а машин, рассчитанных на напряжение больше 500 В, — мегаомметром на 1000 В. Сопротивление изоляции обмоток тяговых генераторов постоянного и переменного тока и т 1говых электродвигателей, измеренное в холодном состоянии, не должно быть меньше 20 МОм. Отсчет по ме-гаоммет )у ведется через 1 мин после приложения напряжения.  [c.86]

Сопротивление пары жил такого кабеля должно быть не более 32,8 ом. км, сопротивление изоляции постоянному току—не менее 5 000 Мом км, рабочая емкость — не более 38 нф1км, переходное затухание на ближнем конце при частоте 110 кгц ке менее 7 неп на строительную длину 500 м. Пробивное напряжение между жилами пары, а также между всеми жилами и экранирующей алюминиевой оболочкой должно-быть не менее I 800 в переменного напряжения (50 гц).  [c.169]

Одним из лучших методов возбуждения свечения газов является возбужде-. ние электрическим разрядом в газах (рис. 16. 21). К электродам А (анод) и К (катод) разрядной трубки В, в которой находится разреженный газ при давлр-нии несколько мм рт. ст. подводится высокое напряжение (ВН) в несколько тысяч вольт от повышающего трансформатора Т. Низковольтная обмотка его (НН) Питается через реостат гот сети переменного тока. По достижении на электродах А в К пробивного напряжения в трубке вспыхивает электрический разряд, в котором можно в каждый момент различить положительный столб тлеющее свечение 2 и катодное свечение 3.  [c.334]


К вопросу об измерении энергии пробоя твердых диэлектриков Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 91 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1956 г.

К ВОПРОСУ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ЭНЕРГИИ ПРОБОЯ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

А. А. ВОРОБЬЕВ и А.Ф. КАЛГАНОВ Введение

Пробой диэлектрика наступает тогда, когда в нем выделится необходимая для этого энергия. Эта энергия отбирается от электрического поля, создаваемого приложенным к диэлектрику напряжением. Согласно современным представлениям, потеря энергии при пробое связана с процессом ускорения электронов в диэлектрике. Энергия расходуется на ионизацию частиц структуры диэлектрика, на возбуждение их колебаний и на излучение.

Так, в процессе пробоя воздуха на один акт ионизации при нормаль-

Е

ных условиях затрачивается энергия ]У=--~2630зб, где£— 30 кв/см—

а

пробивная напряженность поля для воздуха, а а = 11,4—число ионизаций в воздухе на 1 см пути при такой напряженности поля [1]. Большая часть энергии идет на нагревание газа и излучение, так как непосредственно на ионизацию затрачивается всего около 15 эв [2].

Как обнаружил Б. М. Гохберг, пробой газов происходит вследствие достижения определенной величины коэффициента объемной ионизации о, примерно одинаковой для различных газов [3,4]. Из соотношения видно, что при постоянной величине а пробивная напряженность поля определяется величиной энергии, затрачиваемой на один акт ионизации. Когда потери энергии электронов в газе велики, коэффициент а достигает своего значения при большей напряженности поля и, наоборот, при малых потерях энергии—при меньшей напряженности поля.

Для твердых диэлектриков в зависимости от того, в какой вид энергии превращается энергия электрического поля, имеет место та или иная форма пробоя (тепловая, электрохимическая, электрическая). Это, в свою очередь, определяет пробивное напряжение, соответствующее той или иной форме пробоя.

Механическому разрушению диэлектрика при пробое предшествует потеря им электрической прочности. После пробоя диэлектрика по образовавшемуся каналу протекает сквозной ток. Поэтому общую энергию, затрачиваемую при пробое, следует разделить на три составляющих:

ТУП0т = 1ГФ+ ЧНразр + У/ток , (1)

где ф — энергия, выделение которой в диэлектрике вызывает потерю им электрической прочности; она может быть названа энергией формирования разряда. \Уразр —энергия, выделение которой приводит к разрушению диэлектрика и образованию сквозного канала; она может быть названа энергией разрушения. Ч7ток — энергия, поглощаемая в диэлектрике за счет протекания сквозного тока, зависит от проводимости образовавшегося при пробое канала и длительности протекания послепробойного тока.

Сумма энергий формирования и разрушения Шразр определяет энергию, выделение которой приводит к пробою и которая может быть названа энергией пробоя: \7пр — №разр.

Энергия, поглощаемая в диэлектрике при пробое, выделяется, во-первых, за счет токоз, протекающих через диэлектрик, во-вторых, за счет освобождения потенциальной (электростатической) энергии поля:

г

Шпот = 11ши+ \~-dV, (2)

о V

где I — активный ток в цепи разряда, и — напряжение на диэлектрике, Е — напряженность поля в диэлектрике, з—диэлектрическая проницаемость диэлектрика, V— объем диэлектрика между электродами и I—время приложения напряжения.

Если пробой кристаллического диэлектрика сопровождается разрушением структуры на отдельные ионы, то энергия пробоя не может быть меньше энергии решетки, отнесенной к разрушенному объему. Пои толщине образцов, используемых для исследования на электрическую прочность, в несколько сот микрон, разрушенный объем составляет порядка 10~7 смг. Энергия решетки такого объема для ЫаС1 составляет 2,77'Ю-3 дж. Потенциальная энергия для этого же объема в условиях предпробивного состояния равняется 5,58* 10~8 дж. Как видно, разрыв решетки только за счет потенциальной энергии поля, запасаемой в объеме будущего канала пробоя, невозможен, если ориентироваться на измеренные значения электрической прочности. Однако при пробое освобождается потенциальная энергия, запасаемая во всем объеме диэлектрика между электродами. Ве-

сиг

личина этой энергии легко определяется по уравнению -, где С —

2

емкость образца. При этом

(3)

2 ./ 2

V

Емкость исследуемых на электрическую прочность образцов в равномерном поле составляет порядка 5^10 пкф. При С~5 пкф и ¿/=15 кв О/2

-= 0,563' 10~3 дж. Этой величины энергии достаточно, чтобы разру-

2 « шить объем в0,2'10~7 смА ЫаС1. Величина этого объема сравнима с величиной объема разрушения при пробое. Повидимому, как только диэлектрик потеряет электрическую прочность и образуется проводящий канал, освобождаемая энергия поляризации в сумме с энергией тока, протекающего через диэлектрик, вызывают видимое разрушение диэлектрика.

Из уравнений (2) и (3) видно, что для определения энергии, поглощаемой при пробое твердого диэлектрика, необходимо знать величины тока и напряжения на диэлектрике (что может быть получено осцилло-графированием процесса пробоя), а также емкость образца, И если по осциллограммам тока и напряжения определить моменты начала и конца отдельных стадий пробоя, можно подсчитать величины энергий, затраченных на развитие этих стадий.- 20 кв). Напряжение зарядки определяется по астатическому вольтметру У1 с низкой стороны высоковольтного трансформатора. Замыкание ключа Э, что достигается соприкосновением шаров, вызывает разряд конденсатора Сна сопротивления /?2=10 мгом и R3~154oм. Последовательно с сопротивлением Rs путем размыкания ключа К мог выключаться диэлектрик (обр.)- В отсутствие диэлектрика вся энергия, запасаемая в конденсаторе С, выделяется в сопротивлении Доля энергии, выделяемая в сопротивлении в первом приближении равна отношению

Рис. 1. Схема импульсного генератора для измерения потерь энергии при пробое твердых диэлектриков.

сопротивлений RB/R2 и, следовательно, весьма мала. При пробое образца часть запасенной в конденсаторе энергии поглощается в образце. Остальная часть энергии попрежнему выделяется в сопротивлении /?3. Разность между энергией выделенной в сопротивлении /?3 в отсутствие образца, и энергией W2, выделенной там же при пробое образца, характеризует собой величину поглощаемой в образце энергии

Wnom=Wl-Wt = bW. (4)

Помимо потерь в диэлектрике имеют место потери в подводящих проводах и в конденсаторе С. Однако эти потери для данного напряжения одинаковы в обоих случаях и при разностном методе определения потерь в диэлектрике исключаются.

Для фиксирования энергии, выделяемой в сопротивлении в форме тепла, в качестве термочувствительного элемента применено полупроводниковое термосопротивление ММТ—1 в 24 ком.

Изменения в температуре термочувствительного элемента градуировались в зависимости от количества подведенного тепла. Термочувствительный элемент включался в мостовую схему (рис. 2). Для улучшения симметрии моста и повышения его чувствительности в два его плеча включались два одинаковых термосопротивления (7\ и Г2), а в два других плеча—одинаковые магазины сопротивлений KMC—6. Настройка моста производилась с помощью одного из магазинов сопротивлений (Ярег)> К одной из диагоналей подключалось переменное напряженнее частотой 50 гц через симметрирующий трансформатор (С. 1 I I

0,008 см. Внутри этой катушки, как показано на рис. 2, располагалось одно из термосопротивлений (Г2), и вся система заливалась парафином, который служил как в качестве электроизолирующей среды, так и в качестве теплопроводящей среды между катушкой и термосопротивлением. Внешний слой парафина вместе со стенками плексигласовой коробочки, в которую заливается парафин, устранял влияние внешней среды (колебаний во внешней температуре и др.). Чтобы устранить влияние внешней среды на другое термосопротивление (7\), последнее также заливалось парафином. Вся измерительная схема и калориметр тщательно экранировались. При напряжении моста 5 в цена деления выходного прибора измерительной схемы равнялась 4,1*10дж или 0,00035°С

Так как подлежащие измерению количества энергии очень малы, необходимо было иметь и малый запас энергии в конденсаторе. Для этого надо было иметь конденсатор с очень малой емкостью и достаточно высоким рабочим напряжением. Нами был изготовлен конденсатор из органического стекла емкостью С = 32 пкф на рабочее напряжение более 20 кв. Запасаемая в нем энергия для случая ¿7 = 24 кв равнялась 9, 22*10~3дж.

На рис. 3 приведена градуировочная кривая калориметра—показания измерительного прибора в зависимости от количества энергии, выделившегося в сопротивлении Градуировка производилась на переменном напряжении. На этом же рисунке приведены значения показаний измерительного прибора, вызываемые разрядом конденсаторов с различной энергией. Как видно из графика, средние значения показаний измерительного прибора для данного значения посылаемой в калориметр энергии достаточно хорошо укладываются на прямую. То, что на этой прямой укладываются как точки, полученные на переменном токе, так и точки, полученные при разряде конденсаторов, свидетельствует о том, что вся энергия, запасаемая в конденсаторах, выделяется в приемнике, а потери энергии в контуре разряда невелики и находятся в пределах точности измерения.-300 мкн Пробой производился как в равномерном, так ив неравномерном полях.

На рис. 4 приведены измеренные значения потерь А]У в зависимости от величины разрушенного объема V образцов из ЫаС1. Разрушенный

Рис. 2. Измерительная схема для определения потерь энергии при пробое.

Результаты измерений

объем V определялся путем измерения под микроскопом длины и среднего диаметра канала пробоя. Как видно из графика (рис. 4), разрушаемый объем образца в среднем больше при меньшей величине затраченной энер-

1 /

/ О

с; лЛ К А О

! ¿/о г А

о Ъ 8 12. !б г0'10~* \л/дж.

Рис. 3. Градуировочная кривая калориметра.

гии и меньше—при большей затрате энергии. Прямая, выходящая из начала координат, разделяет точки на две области. В верхней области располагаются точки, для которых отношение энергии, поглощаемой при про-

Рис. 4. Потери энергии при пробое Д IIУ дж в зависимости от разрушенного объема V см\

О—в равномерном поле, •—в неравномерном поле.

<юе, к энергии разрушенного объема меньше единицы:

< 1; в ниж-

ней области это отношение больше единицы:

А Ш

реш

1У,

> 1.-1,5, что совпадает

с результатами для ЫаС1.

Измеряемая энергия является суммарной энергией, поглощаемой при пробое твердого диэлектрика. Как показали опыты, энергия, затрачиваемая на пробой монокристаллов ЫаС1 и КЛ, по порядку величины равна энергии решетки, отнесенной к разрушенному объему соответствующей соли.

ЛИТЕРАТУРА

1. Под ред. проф. Л. И. С и р о т и н с к о г о. Техника высоких напряжений,, ч. I, Гостех-издат, стр. 37, 1951.

2. То же, стр. 14.

3. Б. М. Гохберг и Э. Я. Зандберг. ДАН СССР, 53, 515, 1946.

4. Б. М. Гохберг. Изв. АН СССР (сер. физ.), 10, 125,1946.

Томский политехнический институт

Кратковременная электрическая прочность | Силовые электрические конденсаторы

Страница 15 из 26

Кратковременная электрическая прочность Епр конденсаторного диэлектрика количественно оценивается отношением пробивного напряжения Uпр к расчетной толщине диэлектрика т. е. напряженностью электрического поля: Епр=Uпр\dс. Она зависит от многих факторов: толщины диэлектрика, площади обкладок, температуры, частоты, формы воздействующего напряжения. На рис. 8.1 приведена экспериментальная зависимость Епр от толщины изоляции. При определенной (оптимальной) толщине  в ней наблюдается максимум Епр. Снижение Епр при d>dстах обусловлено увеличением искажения поля на краю обкладки с ростом толщины изоляции, а при dс<d стах— увеличением влияния сквозных пор и токопроводящих включений. При неизменной толщине изоляции изменение толщины одиночного бумажного листа приводит к изменению Епр. С уменьшением его толщины сдвигается в сторону меньших значений  ввиду снижения числа сквозных пор. На рис. 8.2 приведена экспериментальная зависимость  от толщины листа.  Пропитанный диэлектрик из бумаг с повышенной электрической прочностью имеет Еар на 25—30% выше по сравнению с обычными бумагами (при dс=40 мкм). При dс>40 мкм этого преимущества не наблюдается. С увеличением плотности у бумаги ее электрическая прочность увеличивается.
В пропитанном бумажном диэлектрике электрическая прочность его компонентов — клетчатки и пропитывающей жидкости— различна, и поэтому изменение соотношения их толщин может менять характер пробоя диэлектрика. При некотором соотношении толщин слоев клетчатки dх0 и ЖИДКОСТИ ОНИ будут равнопрочными, и повышение напряжения до пробивного сразу приведет к полному пробою. При dх > dПР диэлектрика определяется электрической прочностью клетчатки, и пробой носит последовательный характер: вначале наступает пробой жидкости, в результате чего возникают критические частичные разряды, и только при дальнейшем повышении напряжения наступает полный пробой. При соотношении толщин, когда dпр диэлектрика определяется электрической прочностью пропитывающей жидкости, также сразу наступает полный пробой.


Рис. 8.1. Зависимость Е11р от dС бумажного диэлектрика (бумага КОН-1 толщиной 10 мкм) при постоянном (1) и переменном (2) напряжении (амплитудные значения), пропитка — трихлордифенил
Рис. 8.2. Зависимость   от толщины листа

В реальном конденсаторном диэлектрике толщина слоя жидкости зависит и от коэффициента запрессовки к, однако Епр диэлектрика практически не изменяется с изменением к, хотя расчетная пробивная напряженность, определенная по формуле (2.3), изменяется значительно. Последняя, являясь условной величиной, в свете изложенного механизма пробоя, основанного на теории последовательного пробоя, не отражает истинной картины явления и не может служить критерием для оценки электрической прочности диэлектрика. Электрическая прочность секции, рассчитанная по прочности клетчатки, при различных коэффициентах запрессовки остается практически неизменной. Это показывает, что электрическая прочность секции в первую очередь определяется электрической прочностью ее твердой фазы. Однако и свойства пропитывающей жидкости также оказывают на нее определенное влияние. Исследования показывают, что при ех<еЕ в электрической прочности пропитанного бумажного диэлектрика с повышением еж наблюдается небольшая, но четкая тенденция к ее росту.
Применение синтетической пленки в качестве компонента конденсаторного диэлектрика значительно повышает его электрическую прочность и снижает разброс. Это объясняется большей по сравнению с бумагой однородностью пленок и большей их электрической прочностью, превышающей 300 МВ/м. Максимум в кривой Епр=f(dс) в диэлектрике с синтетической пленкой сдвигается в область малых толщин, как это видно из рис. 8.3.

Характер зависимости ЕпР практически одинаков как для постоянного, так и для переменного напряжения. Значение Епр при постоянном напряжении примерно вдвое выше действующего значения Епр при переменном напряжении промышленной частоты. Объясняется эго тем, что на переменном напряжении в предпробивной период возникают частичные разряды. Они появляются при напряжениях, более низких, чем пробивное, их интенсивность возрастает с увеличением напряжения, что приводит к частичному разрушению твердой фазы еще до наступления пробоя. Различие в характеристиках частичных разрядов объясняет некоторую разницу в значениях Епр при переменном напряжении при пропитке диэлектрика различными жидкостями. Влияние характеристик жидкости на Епр пленочного и бумажно-пленочного диэлектрика зависит ОТ соотношения Егж И
В диапазоне рабочих температур силовых конденсаторов значение Епр их изоляции несколько изменяется с изменением температуры. Для бумажно-масляного диэлектрика Еар независимо от рода напряжения линейно зависит от температуры: снижается во всем рабочем диапазоне температур от —60 до +80° С. Для бумажного диэлектрика, пропитанного полярными жидкостями, зависимость Епр от температуры в области до дипольного максимума 5 также имеет линейный характер: понижается с повышением температуры. Электрическая прочность такого диэлектрика при температурах, соответствующих зоне дипольного максимума, исследована недостаточно. По- видимому, в этом диапазоне следует ожидать снижения Епр, так как характеристики частичных разрядов здесь существенно ухудшаются. Кратковременная электрическая прочность пленочного диэлектрика также несколько снижается с повышением температуры. С повышением частоты воздействующего напряжения кратковременная электрическая прочность бумажной изоляции снижается, как это показано на рис. 8.4. Такой ход зависимости можно объяснить влиянием частичных разрядов в предпробивной период, интенсивность которых при прочих равных условиях увеличивается с ростом частоты.
При воздействии несинусоидального напряжения электрическая прочность Епр обычно определяется как отношение действующего значения пробивного несинусоидального напряжения к толщине диэлектрика. Однако определенная таким образом Епр не всегда правильно характеризует электрическую прочность изоляции, так как на ее значение существенное влияние может оказывать амплитудное значение напряжения. Форма напряжения зависит от гармонических составляющих и их начальных фаз.

Рис. 8.3. Зависимость Епр бумажного (1) и бумажно-пленочного (2) диэлектриков от dc (действующее значения). Содержание пленки — 50%, пропитка — трихлордифенил
Рис. 8.4. Зависимость Евр бумажно-масляного диэлектрика от частоты
Изменением начальных фаз гармоник можно изменять форму напряжения, т. е. изменять ее наибольшее мгновенное значение или амплитуду без изменения действующего значения. Наличие пиков в несинусоидальной кривой может влиять на длительную электрическую прочность. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании конденсаторов для работы при несинусоидальном напряжении.
Уровень кратковременной электрической прочности при воздействии импульсного напряжения может быть различным. При одиночном кратковременном униполярном импульсе Епр будет больше, чем при постоянном напряжении. Повышение частоты следования импульсов снижает Епр вследствие эрозии диэлектрика частичными разрядами. Значение Епр при импульсном напряжении должно определяться в каждом конкретном случае.

Пробой емкости - короткое замыкание. В чем причина поломки? - Конденсатор YTF

Пробой емкости - это короткое замыкание. В чем причина поломки?

Конденсаторы

YTF можно разделить на две различные формы цепей постоянного и переменного тока. В цепи постоянного тока конденсатор эквивалентен разомкнутой цепи. Конденсатор - это компонент, который может накапливать электрический заряд, и является одним из наиболее часто используемых электронных компонентов. В цепи переменного тока направление тока изменяется как функция времени.Процесс зарядки и разрядки конденсатора занимает много времени. В это время между пластинами образуется переменное электрическое поле, и это электрическое поле также является функцией времени. Фактически, ток проходит между конденсаторами в виде электрического поля. Напряженность электрического поля диэлектрика конденсатора ограничена. Когда захваченный заряд удаляется из атома или молекулы и участвует в проводимости, изоляционные характеристики нарушаются. Это явление называется пробоем диэлектрика.Вот почему конденсаторный завод Jinmaoyuan анализирует поломки цепи для всех?

Состояние пробоя конденсатора

Достигнуто пробивное состояние конденсатора до напряжения пробоя. Напряжение пробоя - это предельное напряжение конденсатора. Выше этого напряжения среда в конденсаторе будет разрушена. Номинальное напряжение - это напряжение, которое конденсатор может выдержать при длительной эксплуатации, которое ниже напряжения пробоя.Конденсатор безопасно и надежно работает при напряжении, не превышающем пробивное. Не принимайте конденсатор за нормальную работу только при номинальном напряжении.

Напряжение, соответствующее критическому пробою PN перехода, определяется как напряжение пробоя BV PN перехода. BV - важный параметр для измерения надежности и диапазона использования PN-перехода. Значение BV остается таким же, когда другие рабочие параметры PN-перехода не изменяются.Чем выше, тем лучше.

После выхода конденсатора из строя это эквивалентно короткому замыканию. Причина в том, что когда конденсатор подключен к постоянному току, он рассматривается как разомкнутая цепь. Когда он подключен к сети переменного тока, это рассматривается как короткое замыкание. Конденсатор имеет свойство быть прямым и прямым, и слово «пробой» есть у электрика. Понимание - это короткое замыкание. Основная причина поломки заключается в том, что необратимое повреждение, вызванное внешним напряжением, превышающим его номинальное напряжение, называется пробоем.

Когда в твердом диэлектрике возникает деструктивный разряд, это называется пробоем. Во время пробоя в твердом диэлектрике остаются следы, в результате чего твердый диэлектрик навсегда теряет свои изолирующие свойства. Если изоляционная плита ломается, в картоне остается дыра. Видно, что термин «пробой» ограничен твердыми диэлектриками.

Энциклопедия электрохимии - Электролитические конденсаторы

Вернуться к: Домашняя страница энциклопедии - Оглавление - Именной указатель - Предметный указатель - Поиск - Словарь - Домашняя страница ESTIR - Домашняя страница ECS

КОНДЕНСАТОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ

Сэм Парлер
Cornell Dubilier Electronics, Inc.
140 Technology Place
Liberty, SC 29657, USA
E-mail: [email protected]

(март 2005 г.)

Рис. 1. Сборы "Q "на аноде и катоде наводят заряды" Q "на диэлектрике.
Конденсаторы хранят энергию, а также заряжают. Эти заряды обычно хранятся на проводящих пластинах, положительно заряженной пластине, называемой анодом, и отрицательно заряженной пластине, называемой катодом (рис. 1).Чтобы заряды были разделены, среда между анодом и катодом, называемая диэлектриком , должна быть непроводящей - это электрический изолятор. Анод и катод сконфигурированы таким образом, что между ними происходит очень небольшое движение, когда они заряжаются, и сила, действующая на диэлектрик, увеличивается. По мере увеличения накопленного заряда электрическое поле на диэлектрике увеличивается. В этой ситуации возникает напряжение, которое увеличивается пропорционально заряду. Отношение величины заряда на каждой пластине к электрическому потенциалу (напряжению) между пластинами называется емкостью.Энергия, запасенная в конденсаторе, - это энергия, необходимая для перемещения накопленного заряда через потенциал конденсатора. Емкость устройства в основном зависит от геометрии пластины и природы диэлектрика. Он прямо пропорционален «диэлектрической проницаемости» (таблица I) и обратно пропорционален толщине диэлектрика. См. Приложение для более подробной информации.

По мере увеличения заряда и напряжения на данном конденсаторе в какой-то момент диэлектрик больше не сможет изолировать заряды друг от друга.Затем диэлектрик демонстрирует пробой диэлектрика или высокую проводимость в некоторых областях, что приводит к снижению накопленной энергии и заряда, генерируя внутреннее тепло. Это явление, нежелательное для большинства конденсаторных применений, возникает при напряжении пробоя конденсатора. В таких ситуациях может произойти повреждение или разрушение конденсатора. Обычно характеристики пробоя диэлектриков выражаются как максимальная напряженность поля, которая в основном представляет собой отношение приложенного напряжения к толщине диэлектрика.

Массовая плотность энергии конденсатора - это отношение количества энергии, которое конденсатор может хранить при рабочем напряжении, к массе конденсатора, включая корпус.Рабочее напряжение конденсатора определяется как максимальное номинальное напряжение для данного приложения. Рабочее напряжение обычно меньше напряжения пробоя. Исключение из этого правила может иметь место, если переходное пиковое напряжение может превышать установившееся напряжение пробоя. Объемная плотность энергии конденсатора определяется как отношение запасенной энергии к объему конденсатора, включая корпус.

Первый конденсатор был изобретен в 1745 году Питером ван Мушенбруком, физиком и математиком из Лейдена, Нидерланды (и назвал его Leyden jar ).Это была простая стеклянная банка, покрытая изнутри и снаружи металлической фольгой. Уильям Дубилье изобрел слюдяной конденсатор примерно в 1910 году.

Конденсаторы электролитические

Электролитические конденсаторы - это конденсаторы, в которых одна или обе «пластины» представляют собой неметаллическое проводящее вещество, электролит. Электролиты имеют более низкую проводимость, чем металлы, поэтому используются в конденсаторах только тогда, когда металлическая пластина нецелесообразна, например, когда поверхность диэлектрика хрупкая или шероховатая по форме или когда требуется ионный ток для поддержания диэлектрической целостности.Диэлектрический материал электролитических конденсаторов производится из самого анодного металла в процессе так называемого формования (или процесса анодирования , ). Во время этого процесса ток течет от анодного металла, который должен быть вентильным металлом, таким как алюминий, ниобий, тантал, титан или кремний - через проводящую ванну со специальным формирующим электролитом к катоду ванны. Протекание тока заставляет изолирующий оксид металла вырастать из и в поверхность анода. Толщина, структура и состав анода. изоляционный слой определяет его электрическую прочность.Приложенный потенциал между анодным металлом и катодом ванны должен быть выше напряжения пробоя оксида, прежде чем будет протекать значительный ток. По мере протекания тока прочность пробоя (сформированное напряжение) и толщина оксида увеличиваются. См. Рисунок 2 для сравнения электростатических (классических) и электролитических конденсаторов. «Электролитические конденсаторы» сильно отличаются от «электрохимических конденсаторов » (также называемых ультраконденсаторами), работа которых основана на емкости двойного электрического слоя, и не следует путать с ними.
Рис. 2. Сравнение электростатических и электролитических конденсаторов.
Реакцию электролиза исследовал Майкл Фарадей в 1700-х годах. Было обнаружено, что существует взаимосвязь между потоком заряда через систему и количеством продукта (в данном случае оксида металла). Фарадей отметил взаимосвязь между грамм-эквивалентами продукта и переносом заряда для всех идеальных (стехиометрических) реакций электролиза в том, что сейчас известно как закон Фарадея.Отклонения от этой взаимосвязи существуют для процесса образования оксидов на анодных металлах, поскольку некоторые оксиды могут быть выращены химически и термически для снижения потребности в электроэнергии в процессе формирования, что может стоить несколько долларов за килограмм произведенного анода. Также во время процесса образования могут иметь место некоторые нежелательные побочные реакции, которые не способствуют образованию оксидов. В процессе формирования хрупкий оксид металла нарастает на металлической фольге, которая обычно имеет шероховатую форму.Таким образом, анодный металл находится в тесном контакте с одной стороной оксидного диэлектрика. Электролит используется для обеспечения контакта между другой стороной оксида и катодной пластиной.

Преимуществом электролитических конденсаторов является высокая емкость на единицу объема и на единицу стоимости. Высокая емкость возникает из-за высокой диэлектрической проницаемости, высокой напряженности поля пробоя, шероховатости поверхности и чрезвычайно малой однородной толщины анодно сформированного металлического оксида. Причина, по которой электролитические конденсаторы имеют такое равномерное напряжение диэлектрика и могут работать при такой высокой напряженности поля, в пределах 80% их пробивной силы, порядка 1000 вольт / мкм, объясняется двумя причинами.Во-первых, исходный процесс анодирования («формирование») выполняется при фиксированном напряжении, и диэлектрик повсюду растет до любой толщины, необходимой для поддержания этого напряжения. Во-вторых, как только фольга находится в конденсаторе, конденсатор «заполняет» электролит продолжает работу по восстановлению исходного электролита, восстанавливая и локально утолщая диэлектрик по мере необходимости. Этот процесс восстановления управляется постоянным током утечки конденсатора, который возникает всякий раз, когда на конденсатор подается постоянное напряжение, то есть всякий раз, когда он находится в работе.Фактически, электролитические конденсаторы часто служат дольше, когда они находятся в непрерывном, щадящем использовании, чем когда они заряжаются лишь на короткое время каждый год или десятилетие.

Недостатком электролитических конденсаторов являются неидеальные характеристики потерь, которые возникают из-за свойств полупроводникового оксида, эффекты двойного слоя из области зарядового пространства электролита-оксида, резистивные потери из-за высокого удельного сопротивления электролита, спад частотной характеристики из-за шероховатости поверхностного оксида и конечный срок службы конденсатора из-за пробоя и деградации электролита.Некоторые из этих соображений будут рассмотрены ниже более подробно с точки зрения алюминиевого электролитического конденсатора.

Кроме того, диэлектрик из анодного оксида полярен, как и электролитические конденсаторы (в отличие от классических электростатических конденсаторов), то есть конденсаторы должны быть подключены с соблюдением полярности, как указано на маркировке. Соединение с обратным напряжением легко вводит ионы водорода через оксид, вызывая высокую электропроводность, нагрев и восстановление анодной оксидной пленки.Неполярные (или биполярные) устройства могут быть изготовлены с использованием двух анодов вместо анода и катода, или можно соединить положительные или отрицательные стороны двух идентичных устройств вместе, тогда два других терминала будут образовывать неполярный устройство.

В большинстве электролитических конденсаторов используются алюминиевые электроды, но также используются тантал и ниобий. Алюминиевый анод самый дешевый - 0,04 доллара за грамм. Таким образом, он используется в больших (даже больше одного литра!) И маленьких (крошечных поверхностных) конденсаторах.Танталовый анодный материал стоит более 2,00 долларов за грамм, но обеспечивает высокую стабильность, большую емкость (в четыре раза больше, чем у алюминия), более низкое сопротивление (до 90% ниже) на размер. Он доступен в виде небольших блоков (обычно менее 5 см 3 ) и для поверхностного монтажа. Анодный порошок ниобия стоит менее 1 доллара за грамм, намного дешевле и доступнее, чем тантал, но все же намного дороже, чем алюминий. Емкость намного больше, чем у алюминия, почти у тантала. Это гораздо более новая технология, чем тантал.

H.O. Зигмунд изобрел электролитический конденсатор в 1921 году. Юлиус Лилиенфельд много сделал для развития электролитической теории в 1920-х и 1930-х годах. Cornell Dubilier в то время была крупнейшей в мире компанией по производству конденсаторов и много сделала для развития технологий травления и анодирования.

Детали конструкции мокрого алюминиевого электролитического конденсатора

Производственный процесс
Рис. 3. Конструкция электролитического конденсатора.
Алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из анодной и катодной пластин, разделенных абсорбирующей прокладкой. Как показано на Рисунке 3, к анодной и катодной пластинам прикреплены металлические выступы, и сборка намотана в цилиндрическую секцию. Выступы приварены к алюминиевым клеммам, установленным в коллекторе (вверху). Узел секция-коллектор погружается в ванну с горячим конденсаторным электролитом (существенно отличающимся от электролита, образующегося в процессе образования). В так называемом процессе пропитки к электролиту и секциям прикладывается вакуум, в результате чего электролит втягивается в секции, тщательно смачивая секции.Секции помещаются в алюминиевые банки, а коллекторы привариваются к банкам. Конденсаторные блоки медленно доводятся до максимального номинального напряжения при максимальной номинальной температуре во время процесса старения . В процессе старения оксид растет на участках анодной фольги, которые имеют недостаточный оксидный барьер, например, на краях прорезей и местах, которые были потрескались во время операции наматывания. Проверки и испытания происходят на нескольких этапах производственного процесса.

Анод
Рис.4. Сканирующий электронный микроскоп, вид сбоку листа с туннелями из оксида после растворения окружающего алюминия (вверху) и более близкий вид некоторых туннелей из оксида (внизу).
Анод может быть изготовлен из алюминия различной степени чистоты, но для высоковольтных алюминиевых электролитических конденсаторов с высокой плотностью энергии анод обычно состоит из алюминиевой фольги высокой кубичности чистотой 99,99% и толщиной около 100 микрометров. Термин «высокая кубичность» относится к прямоугольно ориентированной зернистой структуре алюминия, которая намеренно создается в фольге.Анодная фольга обычно изготавливается в рулонах массой 270 кг и шириной 48 см. Первый производственный процесс, которому подвергается эта фольга, называется травлением, которое электрохимически делает поверхность фольги шероховатой, в результате чего полые туннели врастают в алюминий. Благодаря прямоугольной ориентации зерен алюминия протравленные туннели образуются вдоль параллельных путей, которые в основном перпендикулярны верхней поверхности алюминия. Процесс травления значительно увеличивает соотношение микроскопической и макроскопической площади поверхности, называемое «усилением фольги», которое может достигать шестидесяти для высоковольтной алюминиевой электролитической анодной фольги и даже выше для низковольтной фольги.Фольга получается в результате травления значительно легче, чем в процессе травления. Следующий процесс, который проходит рулон фольги, называется процессом формирования. Оксид алюминия выращивают на и в полые туннели, которые были вытравлены в алюминии во время процесса травления. На рис. 4 показан вид сбоку листа туннелей из оксида после растворения окружающего алюминия, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа, и более близкое изображение некоторых туннелей из оксида. Обратите внимание, что внутренний диаметр этого оксидного туннеля на 550 вольт составляет около четверти микрометра, а толщина стенки - чуть больше половины микрометра.Обычно отношение толщины оксида к напряжению образования оксида составляет около 1,0 нанометра на вольт. Это соотношение несколько меняется в зависимости от структуры оксида. В зависимости от состава пластового электролита, плотности тока и других производственных параметров структура оксида алюминия может быть аморфной, кристаллической, водной или некоторой комбинацией этих структур.
Рис. 5. Поперечное сечение анодного туннеля до (слева) и после (справа) процесса образования оксида.
Для достижения хороших результатов процессы травления и формовки должны быть совместимы. На рис. 5 показано поперечное сечение туннеля в анодном алюминии до и после формовки. Обратите внимание, что взаимосвязь между диаметром протравленного туннеля и напряжением (толщиной) пласта важна. Поскольку оксид растет как внутрь, так и наружу в туннеле, если диаметр травления слишком мал, туннель может забиться или полностью заполниться оксидом алюминия во время процесса формирования, тем самым внося небольшой вклад в емкость фольги, поскольку электролит не может контактировать с внутри туннеля.Если диаметр туннеля слишком велик, оптимальная емкость не может быть реализована из-за нерационального использования пространства. Комбинация процессов травления и формования определяет напряжение формирования «V f » и коэффициент усиления полученной фольги. Коэффициент усиления определяется как емкость на единицу макроскопической площади полученной фольги, деленная на емкость на единицу площади нетравленой фольги с тем же напряжением формирования. В алюминиевых электролитических конденсаторах с высокой плотностью энергии используется фольга с высоким коэффициентом усиления.Здесь можно отметить, что напряженность поля пробоя 1 В на 1,0 нм намного выше, чем для полимерных пленок. Значение «k» 8,5 для оксида алюминия также примерно в три раза больше, чем для большинства пленочных диэлектриков (см. Таблицу I). Однако оксид алюминия в несколько раз плотнее полимерных пленок.

Катод Катодная алюминиевая фольга обычно тоньше анода и должна иметь гораздо более высокую емкость, чем анод, поскольку емкость катода появляется последовательно с емкостью анода, чтобы получить общую емкость (см. Приложение).Для данной емкости анода максимальная общая емкость возникает, когда емкость катода настолько велика, насколько это возможно. Высокая катодная емкость требует очень низкого напряжения формирования катода. Обычно катод вообще не образуется, но всегда есть тонкий слой (около 2–3 нм) закиси водорода на поверхности алюминия, если он не пассивирован, а двойной электрический слой также имеет большую емкость. Тонкий слой закиси водорода легко образуется на алюминии при контакте с атмосферным воздухом.Пассивация катодной фольги титаном была предпринята в последние годы, чтобы предложить катод с емкостью, приближающейся к 200 мкФ / см 2 . Такая высокая катодная емкость необходима только для низковольтных конденсаторов с анодами с высоким коэффициентом усиления. Обычно емкость катода в пятьдесят раз превышает емкость анода. В этом случае общая емкость всего на 2% меньше емкости анода. Для разрядного конденсатора заряд на анодной пластине должен нейтрализоваться противоположным зарядом на катодной пластине, что требует, чтобы катод был способен накапливать заряд, превышающий или равный заряду анода.Другими словами, произведение емкости и формирующего напряжения для катода должно быть больше, чем для анода. Это требование обычно выполняется автоматически, так как способность накапливания заряда сформированной фольги максимальна при низком напряжении формирования. Для катода используется тонкая фольга с протравленной поверхностью, которая дает частотную характеристику, как правило, лучше, чем у анода, и дает достаточно большую емкость, чтобы общая единичная емкость не уменьшалась. Поскольку допустимое напряжение катода обычно составляет всего около одного вольт, электролитический конденсаторный блок ограничен в своем установившемся обратном напряжении примерно до одного вольт.Было обнаружено, что в некоторых случаях переходные обратные напряжения, превышающие 100 вольт, могут появляться на конденсаторе в течение примерно одной миллисекунды без каких-либо отрицательных эффектов в течение тысяч циклов; однако неясно, каков фактический катодный потенциал в этих случаях. Известно, что увеличенное обратное напряжение в течение коротких интервалов времени, равных одной секунде, может вызвать значительный нагрев электролита и оксида анода. Ток, потребляемый во время этих обратных напряжений, может легко достигать сотен ампер постоянного тока.Электролитические конденсаторы могут быть сконструированы со сформированными катодами, чтобы обеспечить реверсирование напряжения без повреждений. Недостатками такой конструкции являются уменьшенная общая емкость, поскольку анод и катод включены последовательно; и уменьшенная плотность энергии из-за уменьшенной емкости и увеличения массы более тяжелого сформированного катода.

Разделитель Сепаратор или прокладка представляет собой абсорбирующий материал в форме рулона, который наматывают между анодом и катодом для предотвращения контакта фольги друг с другом.Прокладка обычно изготавливается из бумаги, которая может быть разных типов, плотностей и толщин, в зависимости от требований к напряжению и эффективному последовательному сопротивлению. Помимо разделения анода и катода, прокладка должна впитывать и удерживать электролит между пластинами. Сопротивление комбинации разделитель-электролит значительно больше, чем можно было бы объяснить ее геометрией и удельным сопротивлением абсорбированного электролита. Комбинация электролита и прокладки также влияет на емкость конденсатора. частотный отклик.

Электролит Основное назначение электролита - служить «пластиной» на внешней поверхности оксида анода, а также соединяться с катодной пластиной. Электролит представляет собой жидкий органический растворитель с высоким удельным сопротивлением, высокой диэлектрической проницаемостью и высокой диэлектрической прочностью с одним или несколькими растворенными ионно-проводящими растворенными веществами. Второстепенное назначение электролита состоит в том, чтобы отремонтировать, залечить или изолировать участки дефектов в анодном оксиде алюминия во время приложения напряжения между анодом и катодом.

Вкладки Выступы представляют собой алюминиевые полосы, которые контактируют между токопроводящими пластинами и соединительными клеммами в коллекторе. К каждой пластине может быть подключено несколько язычков. Каждый язычок либо сварен методом холодной сварки, либо приклеен по всей ширине анодной и катодной фольги. Пути вывода обычно проходят от секции конденсатора к выводам таким образом, чтобы поддерживать низкую индуктивность и предотвращать контакт выводов противоположной полярности друг с другом или корпусом во время движения и вибрации конденсаторного блока.Выступы приварены точечной сваркой к нижней стороне клемм в сборке коллектора. Материал вкладки не травится, а формируется под высоким напряжением перед сборкой в ​​конденсатор. Оптимальным размещением язычка вдоль фольги считается такое размещение, которое сводит к минимуму потери мощности из-за сопротивления металлической фольги. Этот оптимум приводит к равному расстоянию от каждого выступа до ближайшего к нему, а половина расстояния между язычками обеспечивается между крайними выступами и концами фольги. Для высоковольтных конденсаторов сопротивление выводов и сопротивление металлической фольги довольно мало по сравнению с сопротивлением оксида и электролита.

Упаковка
Рис. 6. Схема блока конденсаторов.
Рис. 7. Некоторые электролитические конденсаторы.
Корпус, в который помещается конденсаторная секция, изготовлен из алюминия из сплава 1100, чистота которого составляет около 99% (см. Рисунок 6). Для конденсаторов диаметром от 25 до 50 мм (от одного до двух дюймов) толщина стенки равна 0.022 дюйма. Прокладка из бутилкаучука помещается на верхнюю часть коллектора перед операцией прядения, при этом отверстие корпуса загибается и вдавливается в прокладку, образуя эффективное уплотнение системы. Корпус имеет тот же потенциал, что и электролит и катод во время работы конденсатора, поэтому при последовательном подключении электролитических конденсаторов необходимо соблюдать осторожность, чтобы изолировать корпуса друг от друга. Хотя корпус алюминиевого электролитического конденсатора находится под потенциалом катода, его нельзя использовать для отрицательного электрического соединения из-за высокого удельного сопротивления электролита и длинного эффективного пути от катода до емкости.Если бы у электролита было гораздо более низкое удельное сопротивление, можно было бы отказаться от катода и использовать вместо него баллончик. В конденсаторах предусмотрен предохранительный клапан, чтобы конденсатор мог контролируемым образом сбрасывать избыточное давление. Это явление называется сбросом и считается режимом отказа. Вентиляционное отверстие может быть установлено в виде резиновой заглушки в коллекторе или в виде штампованной прорези в стенке банки. Давление, при котором конденсатор вентилируется, предсказуемо и обычно рассчитано на давление около семи атмосфер или даже выше.Допустимое давление обычно выше для конденсаторов небольшой емкости. После вентиляции конденсатора электролит может испариться, пока емкость не уменьшится. Некоторые типичные электролитические конденсаторы показаны на Рисунке 7.

Применение и применение электролитических конденсаторов

Рис. 8. Ежемесячный мировой рынок конденсаторов.
Есть много практических, повседневных применений алюминиевых электролитических конденсаторов.Наиболее важные приложения включают фильтрующие конденсаторы для выходов источника питания, схемы блокировки и обхода постоянного тока, пуск двигателя и другие неполяризованные конденсаторы, аудиоприложения, конденсаторы разряда энергии, конденсаторы фотовспышки и стробоскопа. Для каждого из них требуются совершенно разные характеристики, которые подробно описаны в Приложении.

Общее использование конденсаторов во всем мире составляет примерно один триллион единиц в год. Общая рыночная стоимость составляет примерно 17 миллиардов долларов в год.На рисунке 8 показаны месячные колебания общего рынка конденсаторов за последние несколько лет. На Рисунке 9 представлены годовые рынки алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов, которые составляют более 10% от общего использования.

Рис. 9. Мировой рынок электролитических конденсаторов: алюминий (слева), тантал (справа).

Приложение

Отношение величины заряда «Q» на каждой пластине к электрическому потенциалу или напряжению «V» между пластинами известно как емкость «C».

[1]

Емкость устройства в основном зависит от геометрии пластины и природы диэлектрика . Для двух параллельных поверхностей, каждая из которых имеет площадь «А», разделенную расстоянием «d» с диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью «k»:

[2]

где «E o » - диэлектрическая проницаемость вакуума (8,85 × 10 -12 Ф / метр). Относительная диэлектрическая проницаемость «k» материала описывает его поляризуемость. Как видно на рисунке 1, когда заряды + Q и -Q устанавливаются на анодной и катодной пластинах, соответственно, поверхностные заряды + Q 'и -Q' на диэлектрике индуцируются в соответствии со следующим соотношением, которое определяет «k» для материал: Q '= Q × (1-k).

Катодная емкость «C c » включена последовательно с анодной емкостью «C a », чтобы получить общую емкость «C» в соответствии с соотношением:

[3]

Или переставив:

[4]

Следовательно, в последовательно соединенных конденсаторах преобладает конденсатор более низкого номинала.

Использование и применение электролитического конденсатора

Выходной фильтр блока питания
Когда синусоидальное переменное напряжение выпрямляется, создается полусинусоидальная форма волны.Эта форма волны обычно преобразуется в постоянное значение постоянного тока с помощью конденсатора, который заряжается до пикового значения полусинусоидального напряжения, а затем подает ток на нагрузку при слегка понижающемся напряжении, пока следующий полусинусоидальный пик не восстановит максимум. напряжение на конденсатор. Небольшое изменение напряжения конденсатора известно как напряжение пульсации, а ток, идущий к конденсатору и от него, называется током пульсации. Чтобы поддерживать стабильный выход постоянного тока и минимизировать пульсации напряжения, емкость конденсатора выбирается достаточно большой по сравнению с сопротивлением нагрузки.Более стабильное напряжение требует более высокого значения емкости и более дорогостоящего конденсатора. Для приложений, в которых стабильность напряжения не очень важна, часто выбирают меньшую емкость. Затем следует учитывать ток пульсаций, поскольку слишком малая емкость может иметь большое эффективное последовательное сопротивление (ESR) и может иметь тенденцию к перегреву. Максимальные номинальные значения пульсирующего тока указываются производителями конденсаторов, и эти номиналы выводятся из максимально допустимой рабочей температуры конденсатора, а также размера, массы, материалов конструкции и ESR конденсатора.Номинальный ток пульсации в алюминиевых электролитических конденсаторах может достигать 50 ампер (среднеквадратичное значение).
Блокировка и байпас по постоянному току
Частотная характеристика конденсатора такова, что он выглядит как разомкнутая цепь для постоянного постоянного напряжения и виртуальное короткое замыкание на высокие частоты. Таким образом, конденсатор может использоваться для маршрутизации сигналов в соответствии с их частотным составом. Когда сигнал, содержащий как компоненты постоянного, так и переменного тока, отправляется на трансформатор для усиления части переменного тока, часто конденсатор используется последовательно с трансформатором для блокировки компонента постоянного тока, что может вызвать нагрев и искажение сигнала, если он достигнет трансформатора.Для такого применения необходимо проверить линейность частотной характеристики конденсатора, чтобы гарантировать высокую точность, а величина тока конденсатора должна быть ниже его номинального тока пульсаций.
Пуск двигателя и прочее неполярное
Пусковой момент двигателей переменного тока обеспечивается пусковым конденсатором двигателя, часто биполярным алюминиевым электролитическим конденсатором с низким ESR. Такой конденсатор предназначен для работы в сети переменного напряжения, сильноточной, непродолжительной работы. Конденсаторы для запуска двигателя имеют самый низкий коэффициент рассеяния среди алюминиевых электролитов, всего 2% при 120 Гц.Для достижения такого низкого ESR используется фольга с низким коэффициентом усиления. Корпуса часто изготавливаются из пластика, чтобы обеспечить электрическую изоляцию от потенциала электролита, который следует за приложенным напряжением. Плотность энергии довольно низкая, обычно 50 Дж / кг или меньше. Даже с такими низкими потерями конденсаторы для запуска двигателей быстро нагреваются в процессе их применения и рекомендуются только для малых рабочих циклов, таких как одна секунда включения, одна минута отключения.
Аудиоприложения
Неполярные алюминиевые электролиты номиналом 50 и 100 вольт часто используются в пассивных кроссоверах для коммерческих и бытовых громкоговорителей, где сигналы содержат компоненты среднего переменного напряжения (около 30 вольт пикового значения) с небольшим содержанием постоянного напряжения или без него.Амплитудно-частотная характеристика и виброустойчивость этих конденсаторов - важнейшие критерии. Электролитические конденсаторы имеют положительный коэффициент емкости по напряжению, что приводит к некоторым гармоническим искажениям.

Автомобильная аудиосистема (усиление шины): одно идеальное применение - это большие многокиловаттные приложения для повышения жесткости шины автомобильного аудиоусилителя, где шина 13 В постоянного тока может иметь пик в сотни ампер при каждом ударе бас-барабана или каждом ударе или ударе бас-гитары. Это может привести к падению напряжения автомобильного аккумулятора на несколько вольт, затемнению фар в ритме музыки и сокращению срока службы генератора и аккумулятора, не говоря уже об ухудшении искажений звука и уровней выходного сигнала.Решение - использовать электролитические конденсаторы рядом с усилителями. Эти конденсаторы специального назначения имеют номиналы от 0,5 до 2,0 фарад при 15 В постоянного тока. Эти конденсаторы обычно имеют последовательное сопротивление около одного миллиом, поэтому они довольно эффективны для повышения напряжения аккумуляторной батареи автомобиля при использовании на уровне около 1 фарада на киловатт. Конденсаторы будущего, вероятно, будут иметь номинал 0,2-0,5 Ф при 60 В постоянного тока для более высоких напряжений батареи.

Приложения для разряда энергии
Обычное применение разряда энергии для алюминиевых электролитических конденсаторов - это фотовспышка для фотографии, как профессиональной, так и потребительской.Эти конденсаторы теперь все больше и больше используются для разряда лазерных фонарей. Военные заинтересованы в алюминиевых электролитах для низковольтных импульсов лазерных радаров с диодной накачкой. В данной статье алюминиевые конденсаторы для электролитического разряда подразделяются на три режима напряжения: 1. Высокое напряжение - номинальное напряжение больше или равно 350 вольт. 2. Среднее напряжение - менее 350 вольт, но больше или равно 150 вольт. 3. Низкое напряжение - менее 150 вольт.
Photoflash приложений
Конденсаторы фотовспышки, используемые во встроенных потребительских камерах, обычно находятся в диапазоне 100 мкФ 360 В и могут приближаться к нескольким сотням микрофарад в отдельных модулях на верхней панели камеры. Эти небольшие блоки часто состоят из двух пористых анодов, расположенных рядом. Типичная плотность энергии составляет 1,5 Дж / грамм или 2 Дж / см 3 . Профессиональные фотографы используют батареи электролитических конденсаторов в портативных, но крупных устройствах весом около 10 кг. Они содержат многие тысячи микрофарад, обычно в переключаемых банках с вентиляторным охлаждением.Обычно это конденсаторы с винтовыми зажимами, конструкция которых очень похожа на обычные фильтрующие конденсаторы. Конденсаторы Photoflash могут использоваться со средней частотой до восьми вспышек в минуту, в зависимости от размера, энергии и управления температурой. Четыре вспышки в минуту более типичны. Фотовспышка часто вызывает адиабатическое повышение внутренней температуры примерно на 0,05 o C (0,09 o F) за одну вспышку. Это приводит к выводу, что для значительного нагрева конденсатора необходимо несколько сотен вспышек.Таким образом, в первые полчаса можно было применять 10 вспышек в минуту без ограничений. Типичный срок службы конденсатора вспышки составляет от 50 000 до 200 000 вспышек. Долговечные конструкции доступны для одного миллиона и более вспышек.
Применение стробоскопа
Конденсаторы стробоскопа используются с высокой частотой повторения. В случае низковольтных устройств частота повторения может быть очень высокой, достаточно высокой для использования в стробоскопах для вечеринок и в автомобильных тахометрах. Высоковольтные блоки обычно не могут работать в режиме полного заряда-разряда, превышающего частоту повторения 2 или 3 Гц или частоту повторения.В высоковольтных алюминиевых электролитических строб-конденсаторах используется структура диэлектрика из оксида алюминия , отличная от их аналогов с фотовспышкой и фильтром. Конденсаторы стробоскопа используют аморфный оксид алюминия, а не обычный кристаллический оксид алюминия. Это достигается в процессе формования при анодировании фольги. Используются различная предварительная обработка, температура процесса и плотность тока, а также различный химический состав электролита. К сожалению, полученный диэлектрик намного толще, чем его кристаллический аналог.По этой причине стробоскопическая фольга имеет большие туннели, а стробоскопические конденсаторы страдают от плотности энергии и стоимости примерно в четыре раза по сравнению с их кристаллическими собратьями. Но их частота повторения может дать улучшение в двадцать раз, а продолжительность их жизни может приближаться к 1000 раз больше, чем количество устойчивых циклов заряда-разряда. Когда требуется только частичный разряд, такой как разряд от 400 В до 250 В, вместо полного разряда, могут быть разработаны гибридные конструкции конденсаторов, которые обеспечивают высокую частоту повторения, длительный срок службы, без потери стоимости и размера, требуемых аморфной фольгой. .

В обычном конденсаторе разряда конденсатор заряжается медленно, разряжается быстро и претерпевает определенное количество циклов разряда в единицу времени. Время, необходимое для зарядки конденсатора, называется временем зарядки. Время, в течение которого конденсатор разряжается, называется временем разряда. Цикл заряда-разряда известен как выстрел. Количество циклов заряда-разряда в секунду называется частотой повторения и выражается в герцах (Гц).Когда частота повторения очень мала или конденсатор срабатывает не часто, рабочее состояние известно как однократное. Когда конденсатор подвергается прерывистой работе с номинальной повторяемостью, коэффициент заполнения определяется как время включения, деленное на сумму времени включения и периода покоя. Срок службы конденсатора определяется как ожидаемое количество выстрелов, прежде чем произойдет определенное количество разрушения. Обычно предел - это повышение СОЭ.

Статьи по теме

Анодирование
Конденсаторы электрохимические

Дополнительная литература

Библиография

  • Многие соответствующие публикации перечислены на веб-сайте FaradNet.

Перечни книг по электрохимии, обзорных глав, сборников трудов и полные тексты некоторых исторических публикаций также доступны в Информационном ресурсе по науке и технологиям по электрохимии (ESTIR). (http://knowledge.electrochem.org/estir/)


Вернуться к: Верх - Домашняя страница энциклопедии - Оглавление - Именной указатель - Предметный указатель - Поиск - Словарь - Домашняя страница ESTIR - Домашняя страница ECS

Сопротивление изоляции, ток утечки DCL и пробой напряжения - Европейский институт пассивных компонентов

C1.2 СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ, IR Рисунок C1-10. Схема ИК сопротивления изоляции конденсатора

Диэлектрик конденсатора имеет большую площадь и небольшую длину. Даже если материал является хорошим изолятором, между заряженными электродами всегда течет определенный ток (ток растет экспоненциально с температурой). Эту утечку можно описать как параллельное сопротивление с высоким значением сопротивления изоляции ИК-излучения (рисунок C1-10).

В зависимости от типа конденсатора вы можете найти значения IR или DCL со ссылкой на стандартные условия в технических описаниях и каталогах производителей.Электростатические конденсаторы (пленочные или керамические) используют параметр IR, тогда как для электролитических конденсаторов с их относительно низким IR указывается скорее ток утечки DCL.


C 1.2.1 Измерение IR и DCL

При определении IR измеряется ток утечки DCL через конденсатор. Однако измерительная цепь всегда содержит определенное последовательное сопротивление.

Следовательно, нам нужно учитывать время зарядки.Принципиальная схема и кривая зарядки конденсатора показаны на рисунке C1-11.

Рисунок C1-11. Кривая зарядки конденсатора в резистивной цепи

Зарядный ток конденсатора показан на рисунке C1-12 (принципиальная схема как на рисунке C1-11). Если бы конденсатор был идеальным, ток быстро достиг бы предельного значения, соответствующего IR. Идеальная кривая тока обозначается I C-ideal . Но поскольку поляризация в диэлектрике требует конечного времени для переориентации диполей, реальный зарядный ток следует кривой I C-поляризации .

Рисунок C1-12. Идеальный и реальный зарядный ток в конденсаторе

Чтобы получить реальный IR, нам придется ждать очень долго. На практике мы довольствуемся указанным значением IR, соответствующим измерительному току в момент времени t , измерение на рисунке C1-13.

Здесь мы отметили заданное значение тока , которое на измерительных устройствах классифицируется в соответствующем значении IR . Обычно время считывания показаний ИК составляет в спецификациях МЭК 1 или 5 минут в зависимости от типа конденсатора.Спецификации MIL часто требуют 2 и более минут.

При входящем и производственном контроле применяется значительно меньшее время, что позволяет быстро измерять объемы производства. . IR / DCL относится к «условиям комнатной температуры» (RT), приблизительно 23 ° C. IR уменьшается, а DCL увеличивается с увеличением температуры детали и может при максимальной температуре быть на несколько десятков больше, чем при RT.

Рисунок C1-13. Ограничения по времени при ИК-измерениях.

IR конденсаторов определенного типа и номинального напряжения уменьшается пропорционально увеличению емкости (т.е.е., увеличивающаяся площадь). И наоборот. Уменьшение емкости за счет соответственно уменьшенной площади увеличит ИК-излучение. Однако до определенного максимального значения емкости ИК на самом деле настолько велик, что на самом деле внешняя конструкция и формование или защитное покрытие определяют измеренные значения. Выше этой точки останова спецификации требуют произведения константы : IR x C (в секундах). Этот продукт также обозначается постоянной времени (см. Следующий раздел).


C 1.2.2 Постоянная времени

Если оставить заряженный конденсатор с разомкнутыми контактами, заряд будет последовательно течь от одного электрода к другому через внутреннее сопротивление изоляции . В конце концов напряжение упадет до нуля. Из-за очень высокого ИК-излучения электростатического конденсатора (неэлектролитического) полная разрядка займет очень много времени.

Более понятной мерой скорости разряда является постоянная времени.Он определяется как время, за которое начальное напряжение E упадет до значения 1 / e на E (рисунок C3-14).

Со ссылкой на рисунки C1-11 и -12 мы можем определить как произведение IR x C. Эта величина выводится из уравнения (C1-1) как Ω x As / V = ​​Vs / V = ​​ с (секунды).

Периодически можно встретить выражение ом-фарад (ΩF) или несколько неуклюжие мегом-микрофарады (MΩF). Вместо использования выражения IR x C обычно упоминается только RC-продукт конденсатора .Тогда R понимается как IR, т.е. IR x C = RC = τ.

τ = RC (s) или (ΩF) …………. [C1-8]

Рисунок C1-14. Иллюстрация постоянной времени

C 1.2.3 Устойчивость диэлектрика и напряжение пробоя

Диэлектрическая прочность материала определяется напряжением пробоя и выражается в кВ / см. Поскольку время, температура и другие факторы определяют напряжение пробоя, это отражается на условиях измерения выдерживаемого напряжения диэлектрика DWV.Они выполняются при определенной температуре, толщине материала, частоте и форме кривой испытательного напряжения, а также способе подключения. DWV обычно определяется как среднее значение набора образцов из-за влияния вариаций материала и т. Д.

Напряжение короны

Практическим и важным пределом для напряжения пробоя, особенно в высоковольтных органических пленочных или алюминиевых конденсаторах, является напряжение короны , то есть напряжение, при котором начинает проявляться корона .Корона - это начальные электрические разряды в газах, которые затем ионизируются. Ионизированные продукты в воздухе или в богатой углеродом среде, характерные для всех микрополостей или пустот в диэлектриках, а также в больших полостях внутри упаковки компонентов, состоят из озона и паров азота. Большинство органических диэлектриков напрямую подвержены разложению. Если газообразные продукты образовались в герметичной упаковке, то их концентрация

увеличивается, они ухудшают поведение органических диэлектриков.Помните, что пиковое напряжение переменного тока чуть выше напряжения короны в каждом полупериоде дает новый вклад в продукты короны. Кроме того, происходит тепловыделение в результате явления коронного разряда, которое еще больше ускоряет химическое разложение.

В целом существует некоторая наименьшая напряженность поля

необходимо в полости, чтобы начать ионизацию. Кроме того, играет роль длина ионизационного промежутка. Но даже если напряженность поля по формуле С1-6 должна быть значительно выше в одной части смешанного диэлектрика, напряжения переменного тока ниже 250 В Р.РС. безвредны и в самом неблагоприятном случае. С одним условием : не должно быть разрешено никаких входящих переходных процессов , которые в противном случае могли бы запустить процесс ионизации. Следовательно, мы должны создавать безопасные запасы на основе наших знаний о происходящих переходных процессах. Если не уверены, следует использовать конденсаторы, в которых напряжение распределяется по элементам, включенным последовательно.

Переходные процессы и аномалии в диэлектрике представляют собой опасную комбинацию.

Рисунок C1-15.Частично смешанный диэлектрик, состоящий из слоистой композиции органического диэлектрика и газов в пустоте

Опасность демонстрируется на следующем примере:

Для простоты измерения и диэлектрическая проницаемость выбраны, как показано на рисунке C1-15. Из формулы C1-6 получаем

ε r1 x E 1 = ε r2 x E 2 ; 1 x E 1 = 3 x E 2 ; E 1 = 3E 2 .

Здесь мы случайно получили напряженность электрического поля в 3 раза больше номинальной.«Безопасное» номинальное напряжение переменного тока чуть ниже 250 В или входящие переходные процессы обязательно вызовут коронный разряд в такой пустоте.

В керамических конденсаторах высокого напряжения, предназначенных для систем высокой надежности, используются методы тестирования и проверки для обнаружения пустот и отслоений путем возникновения частичных разрядов (короны). В методе преимущественно используется AC

.

напряжений чуть выше напряжения начала коронного разряда (CIV) и может обнаруживать пустоты, превышающие требования EIA-469 к размеру.

Испытательное напряжение

Испытательное напряжение является практической гарантией ценности конденсатора.Он расположен значительно ниже напряжения короны и применяется в течение определенного ограниченного времени, например 2 секунды при производственном контроле и 1 минута при типовых испытаниях и входном контроле.

Стандартные испытательные напряжения могут составлять 1,1 x V R , 1,3 x V R , 1,5 x V R , 2 x V R и т.п. в зависимости от типа конденсатора.

Типы пробоя конденсатора

Различают два основных типа пробоев конденсаторов:

(I) Электрический пробой

Во время электрического пробоя электрическое поле, обычно связанное с чрезмерно приложенным напряжением, превышает электрическую прочность диэлектрического материала, что приводит к полному разрушению и режиму отказа с низким сопротивлением / коротким замыканием.Ответственный механизм проводимости - это в основном туннелирование электронов или дырок, ускоренных электрическим полем выше критического значения. Тогда лавинный эффект может привести к полному разрушению и катастрофическому выходу из строя - короткому замыканию конденсатора.

Критическими параметрами спецификации являются: номинальное напряжение переменного / постоянного тока, категория напряжения (максимальное напряжение при определенной температуре).

(II) Термический пробой

Во время теплового пробоя электрическое поле ниже критического значения (приложенное напряжение ниже номинального), но через конденсатор течет чрезмерный ток - в виде высокого пульсационного тока, переходного тока или в обратном режиме (поляризованные конденсаторы).Джоулев нагрев, вызванный прохождением тока, увеличивает локальную температуру внутри конструкции конденсатора вплоть до теплового повреждения и разрушения его материалов.

Критическими параметрами спецификации являются: максимальный ток / напряжение пульсации; Максимальная мощность; Максимальное переходное dV / dt или dI / dt или минимальное последовательное сопротивление цепи.

Испытание на электрический пробой

Значение электрического пробоя конденсатора может быть не таким точным параметром, как можно было бы ожидать. Критическим параметром является приложение электрического поля к диэлектрику, но, помимо температуры окружающей среды, состояние диэлектрика / рассеивание энергии может также зависеть от времени и истории (внутренняя температура из-за прошлых событий, влажность и т. Д.).

для электрического пробоя мы можем рассмотреть следующие процедуры испытаний, которые в некоторых конденсаторных технологиях могут давать разные значения напряжения пробоя:

1] Статическая разбивка

Для внешнего источника питания мы устанавливаем максимальное ограничение тока, а затем увеличиваем напряжение от номинального напряжения небольшими приращениями, чтобы минимизировать переходный ток до тех пор, пока не произойдет пробой. Это можно сделать вручную, но, конечно, лучше сделать это с помощью более сложных программируемых источников питания или даже автоматических систем измерения пробоя, которые точно определяют напряжение BDV по изменению dI / dt.

2] Динамическая разбивка

Во время динамического пробоя на конденсатор подается импульс большой мощности через низкое последовательное сопротивление. Внимание: схема должна отражать условия ограничения максимального переходного напряжения / тока, чтобы не вызвать теплового пробоя.

Испытательная последовательность обычно автоматизирована: мы прикладываем определенное количество импульсов при желаемом напряжении (например, 1,1xVr), а затем, если конденсатор выживает, мы переходим на одну ступень выше напряжения (например, 1.2xVr) до пробоя конденсатора. … Опять же, это можно полностью автоматизировать с помощью программируемых источников питания.

3] Самовосстановление Подавленная динамическая поломка

Этот тест идентичен описанному выше динамическому пробою, с той лишь разницей, что мы будем заменять образцы после каждого скачка напряжения. Это актуально для конденсаторных технологий с самовосстановлением, поскольку мы хотим подавить износ конденсаторов за счет процесса самовосстановления на предыдущем этапе нагрузки. Задача состоит в том, чтобы получить впечатление о его надежности BDV, когда в реальной эксплуатации случаются неравномерные всплески (без какого-либо кондиционирования старением).

Различия между BDV, индуцированными вышеуказанными методами, зависят от конденсаторной технологии. Практически не было бы разницы с воздушными / вакуумными конденсаторами, немного с электростатическими конденсаторами и более заметной с электролитическими конденсаторами с самовосстановлением, где, очевидно, Static BDV> Dynamic BDV> Dynamic Breakdown без истории


ABC CLR: Глава C Конденсаторы

Лицензионный контент EPCI:

[1] EPCI Эксперты Европейского института пассивных компонентов оригинальные статьи
[2] Справочник по пассивным компонентам CLR от P-O.Фагерхольт *

* используется под авторским правом EPCI от CTI Corporation, США

Содержание этой страницы находится под международной лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.

Диэлектрическая прочность - обзор

tan δ tan δ 150037 150 906 906 95
Corning 0010 (калий, сода, свинец) 24 ε ′ / ε ν 6,68 6,63 6,57 6,50 6,43 6,39 6,33 - 6.1 5,96 5,87 & gt; 17 8,9 7,0
tan δ 77,5 53,5 35 23 16,5 15 23 - 60 90 110
Corning 0014 (свинец, барий) 25 ε ′ / ε ν 6,78 6,77 6.76 6,75 6,73 6,72 6,70 6,69 - 6,64
tan δ 23,1 17,2 12,4 13,8 17,0 19,5 - 70
Corning 0080 (натронная известь) 23 ε ′ / ε ν 8.30 7,70 7,35 7,08 6,90 6,82 6,75 - 6,71 6,71 6,62 12,4 6,4 5,1
780 400 220 140 100 85 90 - 126 170 180
Corning 0090 (калий, свинец, силикат) 20 ε ′ / ε ν 9.15 9,15 9,15 9,14 9,12 9,10 9,02 - 8,67 8,45 8,25
12 7 7 8 12 18 - 54 103 122
Corning 0100 (калий, сода, барий, силикат) 25 ε ′ / ε ν 7.18 7,17 7,16 7,14 7,10 7,10 7,07 - 7,00 6,95 6,87
169 тангенциальный 24 13,5 13 14 17 24 - 44 63 106
Corning 0120 (калий, сода, свинец) 23 ε ′ / ε ν 6.75 6,70 6,66 6,65 6,65 6,65 6,65 - 6,64 6,60 6,51 & gt; 17 10,1 8,0
46 30 20 14 12 13 18 - 41 63 127
Corning 1770 (натронная известь) 25 ε ′ / ε ν 6.25 6,16 6,10 6,03 6,00 6,00 6,00 - 5,95 5,83 5,44
42 тангенциальный δ 49,5 33 26 27 34 38 - 56 84 140
Corning 1990 (герметичное стекло) 24 ε ′ / ε ν 8.40 8,38 8,35 8,32 8,30 8,25 8,20 - 7,99 7,94 7,84
4 tan δ 4 3 4 5 7 9 - 19,9 42 112
Corning 1991 (железоуплотнительное стекло) 24 ε ′ / ε ν 8.10 8,10 8,08 8,08 8,08 8,06 8,00 - 7,92 7,83
tan δ 12 9000 5 5 7 12. - 38 51
Corning 3320 (сода, калий, боросиликат) 24 ε ′ / ε ν 5.00 4,93 4,88 4,82 4,79 4,78 4,77 - 4,74 4,72 4,7
tan δ 80 58 900 43 34 30 30 32 - 55 73 120
Corning 7040 (сода, калий, боросиликат) 25 ε ′ / ε ν 4.84 4,82 4,79 4,77 4,73 4,70 4,68 - 4,67 4,64 4,52
50 34 900 25,5 20,5 19 22 27 - 44 57 73
Corning 7050 (сода, боросиликат) 25 ε ′ / ε ν 4.88 4,84 4,82 4,80 4,78 4,76 4,75 - 4,74 4,71 4,64 16 8,8 7,2
tan δ 81 56 43 33 27 28 35 - 52 61 83
Corning 7052 (сода, калий, литий, боросиликат) 23 ε ′ / ε ν 5.20 5,18 5,14 5,12 5,10 5,10 5,09 - 5,04 4,93 4,85 17 9,2 7,4
tan δ 68 49 34 26 24 28 34 - 58 81 114
Corning 7055 25 ε ′ / ε ν 5.45 5,41 5,38 5,33 5,31 5,30 5,27 5,25 - 5,08
tan δ 45 36 28 28 29 38 49 - 130
Corning 7060 (содовая, боросиликатная) 25 ε ′ / ε ν 5 .02 4,97 4,92 4,86 ​​ 4,84 4,84 4,84 - 4,82 4,80 4,65
tan δ 89 55 900 42 40 36 30 30 - 54 98 90
Corning 7070 (калий, литий, боросиликат) 23 ε ′ / ε ν 4.00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 3,9 & gt; 17 11,2 9,1
9,1
6 5 5 6 8 11 12 12 12 21 31
100 ε ′ / ε ν 4.17 4,16 4,15 4,14 4,13 4,10 4,00 4,00
tan δ 50 22 13 11 - - 19 21
Corning 7230 (боросиликат алюминия) 25 ε ′ / ε ν 3.88 3,86 3,85 3,85 3,85 3,85 - - 3,76
tan δ 33 23 16 11 12 - - 22
Corning 7570 25 ε ′ / ε ν 14.58 14,56 14,54 14,53 14,52 14,50 14,42 14,4 - 14,2
tan δ 11,5 16,5 19,0 23,5 33 44 - 98
Corning 7720 (сода, свинец, боросиликат) 24 ε ′ / ε ν 4.74 4,70 4,67 4,64 4,62 4,61 - - - 4,59 - 16 8,8 7,2
tan δ 78 42 29 22 20 23 - - - 43
Corning 7740 (сода, боросиликат) 25 ε ′ / ε ν 4.80 4,73 4,70 4,60 4,55 4,52 4,52 - - 4,52 4,50 15 8,1 6,6
tan δ 128 86 65 54 49 45 45 - - 85 96
Corning 7750 (сода, боросиликат) 25 ε ′ / ε ν 4.45 4,42 4,39 4,38 4,38 4,38 - - 4,38 4,38
тангенс угла δ 45 33 24 20 18 19 - - 43 54
Corning 7900 (96% кремнезема) 20 ε ′ / ε ν 3 .85 3,85 3,85 3,85 3,85 3,85 - 3,85 3,84 3,82 3,82 17 9,7 8,1
tan δ 6 6 6 6 6 6 - 6 6,8 9,4 13
100 ε ′ / ε ν 3.85 3,85 3,85 3,85 3,85 3,85 - 3,85 3,84 3,82
tan δ 37 12 10 8,5 7,5 - 7,5 10 13
Corning 7911 (96% кремнезема) 25 ε ′ / ε ν - - - - - - - - - 3.82 - & gt; 17 11,7 9,6
tan δ - - - - - - - - - 6,5
Corning 8460 (барий, боросиликат) 25 ε ′ / ε ν 8,35 8,30 8,30 8,30 8.30 8,30 8,30 - 8,10 8,06 8,05
tan δ 11 9 7,5 7 8 10 16 - 40 57 60
Corning 8830 25 ε ′ / ε ν 5,38 5,28 5.20 5,11 5,05 5,01 5,00 4,97 - 4,83
tan δ 204 60 91 73 60 54 57 63 - 99
Corning 8871 (щелочной силикат свинца) ε ′ / ε ν 8.45 8,45 8,45 8,45 8,45 8,43 - 8,40 8,34 8,05 7,82
tan δ 18 13 9 7 6 7 - 14 26 49 70
Corning 9010 25 ε ′ / ε ν 6.51 6,49 6,48 6,45 6,44 6,43 6,42 6,40 - 6,27
tan δ 50,5 36,2 900 22,7 21,5 22,6 30 41 - 91
Пеностекло (Pittsburgh-Corning) (натронная известь) 23 ε ′ / ε ν 90.0 82,5 68,0 44,0 17,5 9,0 - - - 5,49
тангенс δ 1600 2380 3200 3180 1960 - - - 455
Плавленый кварц 915c 25 ε ′ / ε ν 3.78 3,78 3,78 3,78 3,78 3,78 3,78 3,78 - 3,78
tan δ 6,6 0,4 0,1 0,1 0,3 0,5 - 1,7
Стеклянные слюды
Mycalex 400 25 ε ′ / ε ν 7.47 7,45 7,42 7,40 7,39 7,38 - - - 7,12
tan δ 29 19 16 900 14 13 13 - - - 33
80 ε ′ / ε ν 7.64 7,59 7,54 7,52 7,50 7,47 - - - 7,32
тангенс угла δ 85 50 900 25 16 14 - - - 57
Mycalex K10 24 ε ′ / ε ν 9.5 9,3 9,2 9,1 9,0 9,0 - - 11,3 b 11,3 b
tan δ 170 125 76 42 26 21 - - 40 40
Mykroy Grade 8 25 ε ′ / ε ν 6.87 6,81 6,76 6,74 6,73 6,73 6,72 - 6,68 c 6.96 c 6,66
66 43 31 26 24 25 - 38 48 81
Mykroy 38 25 ε ′ / ε ν 7.71 7,69 7,64 7,61 7,61 7,61 - - 7,68 c 8,35 c
33 27 24 21 14 - - 35 40

Конденсатор

Тип: Пассивный

Изобретено: Эвальд Георг фон Клейст

Электронный символ

Конденсатор (первоначально известный как конденсатор) - это пассивный двухконтактный электрический компонент, используемый для временного хранения электроэнергии в электрическом поле.Формы практических конденсаторов широко варьируются, но все они содержат по крайней мере два электрических проводника (пластины), разделенные диэлектриком (то есть изолятором, который может накапливать энергию, становясь поляризованным). Проводники могут быть тонкими пленками, фольгой или спеченными шариками из металла или проводящего электролита и т. Д. Непроводящий диэлектрик увеличивает зарядную емкость конденсатора. Диэлектриком может быть стекло, керамика, пластиковая пленка, воздух, вакуум, бумага, слюда, оксидный слой и т. Д. Конденсаторы широко используются в качестве частей электрических цепей во многих распространенных электрических устройствах.В отличие от резистора, идеальный конденсатор не рассеивает энергию. Вместо этого конденсатор накапливает энергию в виде электростатического поля между пластинами.

Когда существует разность потенциалов на проводниках (например, когда конденсатор присоединен к батарее), электрическое поле возникает на диэлектрике, заставляя положительный заряд + Q собираться на одной пластине, а отрицательный заряд -Q собираться на пластине. другая плита. Если батарея была подключена к конденсатору в течение достаточного времени, через конденсатор не может протекать ток.Однако, если на выводы конденсатора приложить изменяющееся во времени напряжение, может протекать ток смещения.

Идеальный конденсатор характеризуется единственным постоянным значением - емкостью. Емкость определяется как отношение электрического заряда Q на каждом проводе к разности потенциалов V между ними. Единица измерения емкости в системе СИ - фарад (Ф), который равен одному кулону на вольт (1 Кл / В). Типичные значения емкости находятся в диапазоне от примерно 1 пФ (10-12 Ф) до примерно 1 мФ (10-3 Ф).

Чем больше площадь поверхности «пластин» (проводников) и чем уже зазор между ними, тем больше емкость. На практике диэлектрик между пластинами пропускает небольшой ток утечки, а также имеет предел напряженности электрического поля, известный как напряжение пробоя. Проводники и выводы создают нежелательную индуктивность и сопротивление.

Конденсаторы

широко используются в электронных схемах для блокировки постоянного тока и пропускания переменного тока.В сетях аналоговых фильтров они сглаживают выходной сигнал источников питания. В резонансных цепях они настраивают радио на определенные частоты. В системах передачи электроэнергии они стабилизируют напряжение и поток мощности.

Конденсаторы низковольтные миниатюрные (рядом с сантиметровой линейкой)

Типичный электролитический конденсатор

4 электролитических конденсатора разного напряжения и емкости

Твердый электролит, танталовые конденсаторы 10 мкФ, 35 В.Знак + указывает на положительный вывод.

Содержание

1 История

2 Принцип действия

2.1 Обзор

2.2 Гидравлическая аналогия

2.3 Энергия электрического поля

2.4 Соотношение тока и напряжения

2,5 цепи постоянного тока

2.6 Цепи переменного тока

2.7 Анализ цепи Лапласа (s-домен)

2.8 Параллельно-пластинчатая модель

2.9 Сети

3 Неидеальное поведение

3.1 Напряжение пробоя

3.2 Эквивалентная схема

3,3 Q-фактор

3,4 Пульсации тока

3.5 Нестабильность емкости

3,6 Реверс тока и напряжения

3,7 Диэлектрическое поглощение

3.8 Утечка

3.9 Электролитический отказ из-за неиспользования

4 типа конденсаторов

4.1 Диэлектрические материалы

4.2 Структура

5 Маркировка конденсатора

5.1 Пример

6 приложений

6.1 Накопитель энергии

6,2 Импульсное питание и оружие

6.3 Кондиционирование

6.3.1 Коррекция коэффициента мощности

6.4 Подавитель и муфта

6.4.1 Сигнальная муфта

6.4.2 Развязка

6.4.3 Фильтры высоких и низких частот

6.4.4 Шумоподавление, шипы и демпферы

6.5 Пускатели электродвигателей

6.6 Обработка сигналов

6.6.1 Настроенные схемы

6,7 Обнаружение

6,8 Генераторы

6,9 Производство света

7 Опасности и безопасность

История

Батарея из четырех лейденских кувшинов в музее Бурхааве, Лейден, Нидерланды

В октябре 1745 года Эвальд Георг фон Клейст из Померании, Германия, обнаружил, что заряд можно накапливать, соединив проводом высоковольтный электростатический генератор с объемом воды в ручной стеклянной банке.Рука фон Клейста и вода действовали как проводники, а банка как диэлектрик (хотя детали механизма в то время были неправильно идентифицированы). Фон Клейст обнаружил, что прикосновение к проводу приводило к сильной искре, гораздо более болезненной, чем искра, полученная от электростатической машины. В следующем году голландский физик Питер ван Мушенбрук изобрел аналогичный конденсатор, который был назван Лейденской банкой в ​​честь Лейденского университета, где он работал. Он также был впечатлен мощью потрясения, которое он получил, написав: «Я не стал бы испытывать второе потрясение для королевства Франция.«

Даниэль Гралат был первым, кто объединил несколько банок параллельно в «батарею» для увеличения емкости хранения заряда. Бенджамин Франклин исследовал лейденскую банку и пришел к выводу, что заряд хранился на стекле, а не в воде, как предполагали другие. Он также принял термин «батарея» (обозначающий увеличение мощности с рядом подобных единиц, как в батарее пушек), впоследствии примененный к скоплениям электрохимических ячеек. Позже лейденские банки были изготовлены путем покрытия внутренней и внешней стороны банок металлической фольгой, оставляя пространство во рту, чтобы предотвратить образование дуги между фольгами.Первой единицей емкости была банка, эквивалентная примерно 1,11 нанофарад.

Лейденские банки или более мощные устройства, в которых использовались плоские стеклянные пластины, чередующиеся с проводниками из фольги, использовались исключительно до 1900 года, когда изобретение беспроводной связи (радио) создало спрос на стандартные конденсаторы, а постоянный переход к более высоким частотам требовал конденсаторов с меньшей индуктивностью. . Начали использоваться более компактные методы строительства, такие как гибкий диэлектрический лист (например, промасленная бумага), зажатый между листами металлической фольги, свернутый или свернутый в небольшой пакет.

Ранние конденсаторы были также известны как конденсаторы, термин, который все еще иногда используется сегодня, особенно в приложениях с высокой мощностью, таких как автомобильные системы. Этот термин был впервые использован для этой цели Алессандро Вольта в 1782 году в отношении способности устройства сохранять более высокую плотность электрического заряда, чем обычный изолированный проводник.

С самого начала изучения электричества непроводящие материалы, такие как стекло, фарфор, бумага и слюда, использовались в качестве изоляторов.Эти материалы несколько десятилетий спустя также хорошо подходили для дальнейшего использования в качестве диэлектрика для первых конденсаторов. В конце 19 века широко использовались бумажные конденсаторы, изготовленные путем прослоения полосы пропитанной бумаги между полосами металла и скатывания результата в цилиндр; их производство началось в 1876 году, а с начала 20 века они использовались в качестве разделительных конденсаторов в телекоммуникациях (телефонии). Фарфор был предшественником всех конденсаторов, которые теперь принадлежат к семейству керамических конденсаторов.Даже в первые годы существования беспроводных передающих устройств Маркони фарфоровые конденсаторы использовались для высокого напряжения и высокочастотного применения в передатчиках.

На стороне приемника для резонансных цепей использовались слюдяные конденсаторы меньшего размера. Слюдяные диэлектрические конденсаторы были изобретены в 1909 году Уильямом Дубилье. До Второй мировой войны слюда была наиболее распространенным диэлектриком для конденсаторов в Соединенных Штатах.

Чарльз Поллак (урожденный Кароль Поллак), изобретатель алюминиевых электролитических конденсаторов, обнаружил, что оксидный слой на алюминиевом аноде остается стабильным в нейтральном или щелочном электролите даже при отключении питания.В 1896 году он подал патент на «Электрический жидкостный конденсатор с алюминиевыми электродами», основанный на его идее использования оксидного слоя в поляризованном конденсаторе в сочетании с нейтральным или слабощелочным электролитом.

С разработкой пластмассовых материалов химиками-органиками во время Второй мировой войны, конденсаторная промышленность начала заменять бумагу более тонкими полимерными пленками. Одна очень ранняя разработка пленочных конденсаторов была описана в британском патенте 587 953 в 1944 году.

Танталовые конденсаторы с твердым электролитом были изобретены Bell Laboratories в начале 1950-х годов в качестве миниатюрных и более надежных низковольтных вспомогательных конденсаторов в дополнение к их недавно изобретенному транзистору.

И последнее, но не менее важное, был изобретен электрический двухслойный конденсатор (ныне суперконденсатор). В 1957 г. Х. Беккер разработал «Низковольтный электролитический конденсатор с пористыми углеродными электродами». Он считал, что энергия накапливается в виде заряда в углеродных порах, используемых в его конденсаторе, а также в порах вытравленной фольги электролитических конденсаторов. Поскольку в то время он не знал о двухслойном механизме, он написал в патенте: «Неизвестно точно, что происходит в компоненте, если он используется для хранения энергии, но это приводит к чрезвычайно высокой емкости». .

Теория действия

Обзор

Разделение зарядов в конденсаторе с параллельными пластинами вызывает внутреннее электрическое поле. Диэлектрик (оранжевый) уменьшает поле и увеличивает емкость.

Простая демонстрация конденсатора с параллельными пластинами

Конденсатор состоит из двух проводников, разделенных непроводящей областью.Непроводящая область называется диэлектриком. Проще говоря, диэлектрик - это просто электрический изолятор. Примерами диэлектрических сред являются стекло, воздух, бумага, вакуум и даже обедненная полупроводником область, химически идентичная проводникам. Предполагается, что конденсатор является автономным и изолированным, без электрического заряда и без влияния какого-либо внешнего электрического поля. Таким образом, проводники удерживают одинаковые и противоположные заряды на обращенных друг к другу поверхностях, а диэлектрик создает электрическое поле.В единицах СИ емкость в один фарад означает, что один кулон заряда на каждом проводнике вызывает напряжение в один вольт на устройстве.

Идеальный конденсатор полностью характеризуется постоянной емкостью C, определяемой как отношение заряда ± Q на каждом проводе к напряжению V между ними:

Поскольку проводники (или пластины) расположены близко друг к другу, противоположные заряды на проводниках притягиваются друг к другу из-за их электрических полей, позволяя конденсатору сохранять больше заряда для данного напряжения, чем если бы проводники были разделены, что дает конденсатору большую емкость.

Иногда накопление заряда влияет на конденсатор механически, вызывая изменение его емкости. В этом случае емкость определяется в единицах приращения:

Гидравлическая аналогия

В гидравлической аналогии конденсатор аналогичен резиновой мембране, запаянной внутри трубы. На этой анимации показано, как мембрана многократно растягивается и не растягивается потоком воды, что аналогично многократно заряжающемуся и разряжающемуся конденсатору потоком заряда.

В гидравлической аналогии носители заряда, протекающие по проводу, аналогичны воде, протекающей по трубе. Конденсатор похож на резиновую мембрану, запертую внутри трубы. Молекулы воды не могут проходить через мембрану, но некоторое количество воды может двигаться, растягивая мембрану. Аналогия проясняет несколько аспектов конденсаторов:

  • Ток изменяет заряд конденсатора так же, как поток воды меняет положение мембраны. Более конкретно, действие электрического тока заключается в увеличении заряда одной пластины конденсатора и уменьшении заряда другой пластины на равную величину.Это похоже на то, как когда поток воды перемещает резиновую мембрану, он увеличивает количество воды с одной стороны мембраны и уменьшает количество воды с другой стороны.
  • Чем больше заряжен конденсатор, тем больше падение напряжения на нем; т. е. чем больше он «отталкивает» зарядный ток. Это аналогично тому факту, что чем больше растягивается мембрана, тем больше она отталкивается от воды.
  • Заряд может течь «через» конденсатор, даже если отдельный электрон не может попасть с одной стороны на другую.Это аналогично тому, что вода может течь по трубе, даже если молекула воды не может пройти через резиновую мембрану. Конечно, поток не может продолжаться вечно в одном и том же направлении; конденсатор испытает пробой диэлектрика, и аналогично мембрана в конечном итоге сломается.
  • Емкость описывает, сколько заряда может храниться на одной пластине конденсатора при заданном «толчке» (падении напряжения). Очень эластичная гибкая мембрана соответствует более высокой емкости, чем жесткая мембрана.
  • Заряженный конденсатор накапливает потенциальную энергию аналогично растянутой мембране.

Энергия электрического поля

Работа должна выполняться внешним воздействием для «перемещения» заряда между проводниками в конденсаторе. Когда внешнее влияние устраняется, разделение зарядов сохраняется в электрическом поле, и энергия накапливается для высвобождения, когда заряду позволяют вернуться в свое положение равновесия. Работа, проделанная для установления электрического поля, и, следовательно, количество запасенной энергии составляет

.

Здесь Q - заряд, накопленный в конденсаторе, V - напряжение на конденсаторе, а C - емкость.

В случае колебания напряжения V (t) запасенная энергия также колеблется, и, следовательно, мощность должна поступать в конденсатор или из него. Эту мощность можно найти, взяв производную по времени от накопленной энергии:

Соотношение тока и напряжения

Ток I (t) через любой компонент в электрической цепи определяется как скорость потока заряда Q (t), проходящего через него, но фактические заряды - электроны - не могут проходить через диэлектрический слой конденсатора.Скорее, один электрон накапливается на отрицательной пластине для каждого электрона, покидающего положительную пластину, что приводит к истощению электронов и последующему положительному заряду на одном электроде, который равен накопленному отрицательному заряду на другом и противоположен ему. Таким образом, заряд на электродах равен интегралу тока, а также пропорционален напряжению, как обсуждалось выше. Как и в случае с любой первообразной, добавляется постоянная интегрирования, чтобы представить начальное напряжение V (t0). Это интегральная форма уравнения конденсатора:

Взяв производную от этого и умножив на C, получим производную форму:

Двойной конденсатор является индуктором, который накапливает энергию в магнитном поле, а не в электрическом поле.Его отношение тока к напряжению получается путем обмена током и напряжением в уравнениях конденсатора и замены C на индуктивность L.

Цепи постоянного тока

Простая схема резистор-конденсатор демонстрирует заряд конденсатора.

Последовательная цепь, содержащая только резистор, конденсатор, переключатель и источник постоянного напряжения V0, известна как цепь зарядки. Если конденсатор изначально не заряжен при разомкнутом переключателе, а переключатель замкнут в момент t0, из закона Кирхгофа по напряжению следует, что

Взяв производную и умножив на C, мы получим дифференциальное уравнение первого порядка:

При t = 0 напряжение на конденсаторе равно нулю, а напряжение на резисторе равно V0.Тогда начальный ток равен I (0) = V0 / R. При таком предположении решение дифференциального уравнения дает

где τ0 = RC - постоянная времени системы. Когда конденсатор достигает равновесия с источником напряжения, напряжения на резисторе и ток во всей цепи экспоненциально затухают. Случай разряда заряженного конденсатора также демонстрирует экспоненциальный спад, но с начальным напряжением конденсатора, заменяющим V0, и конечным напряжением, равным нулю.

Цепи переменного тока

См. Также: реактивное сопротивление (электроника) и электрическое сопротивление § Получение импеданса, зависящего от устройства

Импеданс, векторная сумма реактивного сопротивления и сопротивления, описывает разность фаз и отношение амплитуд между синусоидально изменяющимся напряжением и синусоидально изменяющимся током на заданной частоте. Анализ Фурье позволяет построить любой сигнал из спектра частот, откуда можно определить реакцию схемы на различные частоты.Реактивное сопротивление и полное сопротивление конденсатора равны

соответственно.

, где j - мнимая единица, а ω - угловая частота синусоидального сигнала. Фаза -j указывает, что переменное напряжение V = ZI отстает от переменного тока на 90 °: положительная фаза тока соответствует увеличению напряжения по мере заряда конденсатора; нулевой ток соответствует мгновенному постоянному напряжению и т. д.

Импеданс уменьшается с увеличением емкости и частоты. Это означает, что более высокочастотный сигнал или больший конденсатор приводят к более низкой амплитуде напряжения на амплитуду тока - «короткое замыкание» переменного тока или связь по переменному току.И наоборот, для очень низких частот реактивное сопротивление будет высоким, так что конденсатор будет почти разомкнутой цепью при анализе переменного тока - эти частоты были «отфильтрованы».

Конденсаторы отличаются от резисторов и катушек индуктивности тем, что полное сопротивление обратно пропорционально определяющей характеристике; т.е. емкость.

Конденсатор, подключенный к источнику синусоидального напряжения, вызывает протекание через него тока смещения. В случае, если источником напряжения является V0cos (ωt), ток смещения можно выразить как:

При sin (ωt) = -1 конденсатор имеет максимальный (или пиковый) ток, в результате чего I0 = ωCV0.Отношение пикового напряжения к пиковому току обусловлено емкостным реактивным сопротивлением (обозначается XC).

XC стремится к нулю, когда ω приближается к бесконечности. Если XC приближается к 0, конденсатор напоминает короткий провод, который сильно пропускает ток на высоких частотах. XC стремится к бесконечности, когда ω приближается к нулю. Если XC приближается к бесконечности, конденсатор напоминает разомкнутую цепь, плохо пропускающую низкие частоты.

Ток конденсатора может быть выражен в форме косинусов для лучшего сравнения с напряжением источника:

В этой ситуации ток не в фазе с напряжением на + π / 2 радиан или +90 градусов (т.е.е., ток опережает напряжение на 90 °).

Анализ цепи Лапласа (s-домен)

При использовании преобразования Лапласа в анализе цепей полное сопротивление идеального конденсатора без начального заряда представлено в области s как:

где

  • C - емкость, а
  • с - комплексная частота.

Модель с параллельными пластинами

Диэлектрик помещается между двумя токопроводящими пластинами, каждая площадью A, с расстоянием d

Самая простая модель конденсатора состоит из двух тонких параллельных проводящих пластин, разделенных диэлектриком с проницаемостью ε.Эта модель также может быть использована для качественных прогнозов для других геометрий устройства. Считается, что пластины проходят равномерно по площади A, и на их поверхности существует плотность заряда ± ρ = ± Q / A. Если предположить, что длина и ширина пластин намного больше, чем расстояние между ними d, электрическое поле вблизи центра устройства будет однородным с величиной E = ρ / ε. Напряжение определяется как линейный интеграл электрического поля между пластинами

.

Решение этого вопроса для C = Q / V показывает, что емкость увеличивается с увеличением площади пластин и уменьшается по мере увеличения расстояния между пластинами.

Следовательно, емкость наибольшая в устройствах, изготовленных из материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, большой площадью пластины и малым расстоянием между пластинами.

Конденсатор с параллельными пластинами может накапливать только конечное количество энергии до того, как произойдет пробой диэлектрика. Диэлектрический материал конденсатора имеет диэлектрическую прочность Ud, которая устанавливает напряжение пробоя конденсатора на уровне V = Vbd = Udd. Таким образом, максимальная энергия, которую может хранить конденсатор, составляет

.

Максимальная энергия является функцией диэлектрического объема, диэлектрической проницаемости и диэлектрической прочности.Изменение площади пластин и расстояния между пластинами при сохранении того же объема не приводит к изменению максимального количества энергии, которое может хранить конденсатор, пока расстояние между пластинами остается намного меньше, чем длина и ширина пластин. Кроме того, эти уравнения предполагают, что электрическое поле полностью сосредоточено в диэлектрике между пластинами. На самом деле за пределами диэлектрика, например, между сторонами пластин конденсатора, есть граничные поля, которые увеличивают эффективную емкость конденсатора.Иногда это называют паразитной емкостью. Для некоторых простых конфигураций конденсаторов этот дополнительный емкостной член может быть вычислен аналитически. Он становится пренебрежимо малым, когда отношения ширины пластины к разделению и длины к разделению велики.

Сети

Параллельно несколько конденсаторов

Для конденсаторов, включенных параллельно

Конденсаторы в параллельной конфигурации имеют одинаковое подаваемое напряжение. Их емкости складываются.Плата распределяется между ними по размеру. Используя схематическую диаграмму для визуализации параллельных пластин, очевидно, что каждый конденсатор вносит свой вклад в общую площадь поверхности.

Для последовательно подключенных конденсаторов

Несколько конденсаторов последовательно

При последовательном подключении на принципиальной схеме видно, что складывается разделительное расстояние, а не площадь пластины. Каждый конденсатор накапливает мгновенный заряд, равный заряду любого другого конденсатора в серии.Общая разница напряжений от конца до конца распределяется между каждым конденсатором в соответствии с величиной, обратной его емкости. Вся серия действует как конденсатор меньшего размера, чем любой из ее компонентов.

Конденсаторы объединены последовательно для достижения более высокого рабочего напряжения, например, для сглаживания высоковольтного источника питания. Значения напряжения, основанные на расстоянии между пластинами, суммируются, если емкость и токи утечки для каждого конденсатора идентичны. В таком приложении иногда последовательно соединяются параллельно, образуя матрицу.Цель состоит в том, чтобы максимально увеличить запас энергии в сети без перегрузки конденсатора. Для накопления большой энергии с последовательными конденсаторами необходимо принять некоторые меры безопасности, чтобы гарантировать, что один конденсатор выйдет из строя, и ток утечки не приложит слишком большое напряжение к другим последовательным конденсаторам.

Соединение серии

также иногда используется для адаптации поляризованных электролитических конденсаторов для использования с биполярным переменным током.

Распределение напряжения в параллельных сетях.

Для моделирования распределения напряжений от одного заряженного конденсатора, подключенного параллельно цепи конденсаторов, включенных последовательно:

Примечание : Это верно, только если все значения емкости равны.

Мощность, передаваемая при таком расположении:

Неидеальное поведение

Конденсаторы

отклоняются от уравнения идеального конденсатора по нескольким причинам. Некоторые из них, такие как ток утечки и паразитные эффекты, являются линейными или могут считаться линейными, и с ними можно справиться путем добавления виртуальных компонентов в эквивалентную схему конденсатора. Затем можно применить обычные методы сетевого анализа. В других случаях, например, при напряжении пробоя, эффект нелинейный и нормальный (т.е.е., линейный) сетевой анализ использовать нельзя, с эффектом нужно разбираться отдельно. Есть еще одна группа, которая может быть линейной, но опровергает допущение анализа о том, что емкость является постоянной величиной. Таким примером является температурная зависимость. Наконец, комбинированные паразитные эффекты, такие как собственная индуктивность, сопротивление или диэлектрические потери, могут проявлять неоднородное поведение при переменных рабочих частотах.

Напряжение пробоя

Выше определенного электрического поля, известного как диэлектрическая прочность Eds, диэлектрик в конденсаторе становится проводящим.Напряжение, при котором это происходит, называется напряжением пробоя устройства и определяется как произведение электрической прочности изоляции и расстояния между проводниками,

Максимальная энергия, которая может безопасно храниться в конденсаторе, ограничена напряжением пробоя. Из-за масштабирования емкости и напряжения пробоя в зависимости от толщины диэлектрика все конденсаторы, изготовленные из определенного диэлектрика, имеют примерно одинаковую максимальную плотность энергии в той степени, в которой диэлектрик доминирует в их объеме.

Для конденсаторов с воздушным диэлектриком напряженность поля пробоя составляет от 2 до 5 МВ / м; для слюды пробой от 100 до 300 МВ / м; для масла от 15 до 25 МВ / м; он может быть намного меньше, если для диэлектрика используются другие материалы. Диэлектрик используется в виде очень тонких слоев, поэтому абсолютное напряжение пробоя конденсаторов ограничено. Типичные характеристики конденсаторов, используемых в общей электронике, варьируются от нескольких вольт до 1 кВ. По мере увеличения напряжения диэлектрик должен становиться толще, что делает высоковольтные конденсаторы больше на единицу емкости, чем рассчитанные на более низкое напряжение.На напряжение пробоя критически влияют такие факторы, как геометрия проводящих частей конденсатора; острые кромки или острие увеличивают напряженность электрического поля в этой точке и могут привести к локальному пробою. Как только это начинает происходить, пробой быстро проходит через диэлектрик, пока не достигает противоположной пластины, оставляя углерод и вызывая короткое замыкание (или относительно низкое сопротивление). Результат может быть взрывоопасным, поскольку короткое замыкание в конденсаторе потребляет ток от окружающей схемы и рассеивает энергию.

Обычный путь пробоя состоит в том, что напряженность поля становится достаточно большой, чтобы оттягивать электроны в диэлектрике от их атомов, вызывая проводимость. Возможны и другие сценарии, например, примеси в диэлектрике, и, если диэлектрик имеет кристаллическую природу, несовершенства кристаллической структуры могут привести к лавинному пробою, как это наблюдается в полупроводниковых устройствах. На напряжение пробоя также влияют давление, влажность и температура.

Эквивалентная цепь

Две разные модели схемы реального конденсатора

Идеальный конденсатор только накапливает и выделяет электрическую энергию, не рассеивая ее.На самом деле все конденсаторы имеют дефекты в материале конденсатора, которые создают сопротивление. Это определяется как эквивалентное последовательное сопротивление или ESR компонента. Это добавляет реальный компонент к импедансу:

.

Когда частота приближается к бесконечности, емкостное сопротивление (или реактивное сопротивление) приближается к нулю, и ESR становится значительным. Когда реактивное сопротивление становится незначительным, приближается рассеиваемая мощность.

Подобно ESR, выводы конденсатора добавляют компоненту эквивалентную последовательную индуктивность или ESL.Обычно это имеет значение только на относительно высоких частотах. Поскольку индуктивное реактивное сопротивление положительно и увеличивается с частотой, емкость выше определенной частоты будет компенсирована индуктивностью. Высокочастотная техника предполагает учет индуктивности всех соединений и компонентов.

Если проводники разделены материалом с небольшой проводимостью, а не идеальным диэлектриком, то небольшой ток утечки протекает непосредственно между ними. Следовательно, конденсатор имеет конечное параллельное сопротивление и со временем медленно разряжается (время может сильно варьироваться в зависимости от материала и качества конденсатора).

Коэффициент добротности

Добротность (или добротность) конденсатора - это отношение его реактивного сопротивления к сопротивлению на данной частоте и является мерой его эффективности. Чем выше добротность конденсатора, тем ближе он к поведению идеального конденсатора без потерь.

Коэффициент добротности конденсатора можно найти по следующей формуле:

где - угловая частота, - емкость, - емкостное реактивное сопротивление и - последовательное сопротивление конденсатора.

Пульсации тока

Пульсационный ток - это составляющая переменного тока подключенного источника (часто импульсного источника питания), частота которого может быть постоянной или изменяющейся. Пульсация тока вызывает выделение тепла внутри конденсатора из-за диэлектрических потерь, вызванных изменением напряженности поля вместе с током, протекающим по слабо резистивным линиям питания или электролиту в конденсаторе. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) - это количество внутреннего последовательного сопротивления, которое можно добавить к идеальному конденсатору, чтобы смоделировать это.Некоторые типы конденсаторов, в первую очередь танталовые и алюминиевые электролитические конденсаторы, а также некоторые пленочные конденсаторы имеют указанное номинальное значение для максимального тока пульсаций.

  • Танталовые электролитические конденсаторы с твердым электролитом из диоксида марганца ограничены током пульсаций и, как правило, имеют самые высокие значения ESR в семействе конденсаторов. Превышение их пределов пульсации может привести к короткому замыканию и возгоранию деталей.
  • Алюминиевые электролитические конденсаторы, наиболее распространенный тип электролитических конденсаторов, сокращают срок службы при более высоких токах пульсаций.Если ток пульсации превышает номинальное значение конденсатора, это может привести к взрывному отказу.
  • Керамические конденсаторы
  • обычно не имеют ограничения пульсаций тока и имеют одни из самых низких значений ESR.
  • Пленочные конденсаторы имеют очень низкие значения ESR, но превышение номинального тока пульсаций может вызвать ухудшение характеристик.

Нестабильность емкости

Емкость некоторых конденсаторов уменьшается с возрастом компонента. В керамических конденсаторах это вызвано деградацией диэлектрика.Тип диэлектрика, рабочая температура окружающей среды и температура хранения являются наиболее значительными факторами старения, в то время как рабочее напряжение оказывает меньшее влияние. Процесс старения можно обратить, нагревая компонент выше точки Кюри. Старение происходит быстрее всего в начале срока службы компонента, и устройство со временем стабилизируется. Электролитические конденсаторы стареют по мере испарения электролита. В отличие от керамических конденсаторов это происходит ближе к концу срока службы компонента.

Температурная зависимость емкости обычно выражается в миллионных долях (ppm) на ° C.Обычно ее можно рассматривать как в целом линейную функцию, но она может быть заметно нелинейной при экстремальных температурах. Температурный коэффициент может быть как положительным, так и отрицательным, иногда даже среди разных образцов одного и того же типа. Другими словами, разброс в диапазоне температурных коэффициентов может доходить до нуля.

Конденсаторы

, особенно керамические, а также конденсаторы более старой конструкции, например бумажные, могут поглощать звуковые волны, что приводит к возникновению микрофонного эффекта. Вибрация перемещает пластины, вызывая изменение емкости, в свою очередь вызывая переменный ток.Некоторые диэлектрики также генерируют пьезоэлектричество. Возникающие в результате помехи особенно опасны в аудиоприложениях, потенциально вызывая обратную связь или непреднамеренную запись. В обратном микрофонном эффекте изменяющееся электрическое поле между пластинами конденсатора оказывает физическую силу, перемещая их как динамик. Это может генерировать слышимый звук, но истощает энергию и подвергает нагрузку диэлектрик и электролит, если они есть.

Реверс тока и напряжения

Реверс тока происходит, когда ток меняет направление.Реверс напряжения - это изменение полярности в цепи. Реверс обычно описывается как процент от максимального номинального напряжения, при котором полярность меняется. В цепях постоянного тока это обычно меньше 100% (часто в диапазоне от 0 до 90%), тогда как в цепях переменного тока происходит 100% реверсирование.

В цепях постоянного тока и импульсных цепях на изменение направления тока и напряжения влияет демпфирование системы. Реверс напряжения встречается в цепях RLC с недостаточным демпфированием. Ток и напряжение меняют направление, образуя гармонический осциллятор между индуктивностью и емкостью.Ток и напряжение будут иметь тенденцию к колебаниям и могут менять направление несколько раз, причем каждый пик будет ниже предыдущего, пока система не достигнет равновесия. Это часто называют звонком. Для сравнения, в системах с критическим демпфированием или избыточным демпфированием обычно не происходит реверсирования напряжения. Реверс также встречается в цепях переменного тока, где пиковый ток будет одинаковым в каждом направлении.

Для максимального срока службы конденсаторы обычно должны выдерживать максимальное количество реверсий, которое может испытывать система.В цепи переменного тока будет 100% реверс напряжения, а в цепях постоянного тока с недостаточным демпфированием - менее 100%. Инверсия создает избыточные электрические поля в диэлектрике, вызывает избыточный нагрев как диэлектрика, так и проводников, и может значительно сократить ожидаемый срок службы конденсатора. Номинальные значения реверсирования часто влияют на конструктивные особенности конденсатора, от выбора диэлектрических материалов и номинальных значений напряжения до типов используемых внутренних соединений.

Диэлектрическое поглощение

Конденсаторы, изготовленные из любого типа диэлектрического материала, будут иметь некоторый уровень «диэлектрического поглощения» или «пропитывания».При разрядке конденсатора и его отключении через короткое время на нем может появиться напряжение из-за гистерезиса в диэлектрике. Этот эффект может быть нежелательным в таких приложениях, как прецизионные схемы выборки и хранения или схемы синхронизации. Уровень поглощения зависит от многих факторов, от конструктивных соображений до времени зарядки, поскольку поглощение зависит от времени. Однако главным фактором является тип диэлектрического материала. Конденсаторы, такие как танталовые электролитические или полисульфоновые пленки, демонстрируют очень высокое поглощение, в то время как полистирол или тефлон допускают очень низкие уровни поглощения.В некоторых конденсаторах, где существуют опасные напряжения и энергии, например, в лампах-вспышках, телевизорах и дефибрилляторах, диэлектрическое поглощение может перезарядить конденсатор до опасного напряжения после того, как он был закорочен или разряжен. Любой конденсатор, содержащий более 10 джоулей энергии, обычно считается опасным, а 50 джоулей или более потенциально смертельным. Конденсатор может восстановить от 0,01 до 20% своего первоначального заряда в течение нескольких минут, что позволяет кажущемуся безопасным конденсатору стать на удивление опасным.

Утечка

Утечка эквивалентна подключению резистора параллельно конденсатору. Постоянное воздействие тепла может вызвать пробой диэлектрика и чрезмерную утечку, проблема, часто встречающаяся в старых схемах электронных ламп, особенно там, где использовались промасленные бумажные и фольговые конденсаторы. Во многих схемах с электронными лампами межкаскадные разделительные конденсаторы используются для передачи переменного сигнала от пластины одной лампы к сеточной цепи следующего каскада. Избыточный конденсатор может вызвать повышение напряжения цепи сети по сравнению с его нормальным значением смещения, вызывая чрезмерный ток или искажение сигнала в выходной трубке.В усилителях мощности это может привести к тому, что пластины будут светиться красным, а токоограничивающие резисторы могут перегреться и даже выйти из строя. Аналогичные соображения применимы к компонентным твердотельным (транзисторным) усилителям, но из-за меньшего тепловыделения и использования современных полиэфирных диэлектрических барьеров эта некогда распространенная проблема стала относительно редкой.

Электролитический отказ из-за неиспользования

Алюминиевые электролитические конденсаторы кондиционируются при производстве путем подачи напряжения, достаточного для инициирования надлежащего внутреннего химического состояния.Это состояние поддерживается регулярным использованием оборудования. В прежние времена, примерно в 80-х годах прошлого века, если система, в которой использовались электролитические конденсаторы, не использовалась в течение длительного периода времени, она могла выйти из строя. Иногда они выходят из строя из-за короткого замыкания при следующей эксплуатации.

Типы конденсаторов

Практические конденсаторы доступны во многих различных формах. Тип внутреннего диэлектрика, структура пластин и упаковка устройства сильно влияют на характеристики конденсатора и его применение.

Доступные значения варьируются от очень низких (пикофарад; в принципе возможны произвольно низкие значения, паразитная емкость в любой цепи является ограничивающим фактором) до суперконденсаторов примерно 5 кФ.

Обычно используются электролитические конденсаторы емкостью более 1 мкФ из-за их небольшого размера и низкой стоимости по сравнению с другими типами, если их относительно низкая стабильность, срок службы и поляризованный характер делают их непригодными. В суперконденсаторах очень большой емкости используется пористый электродный материал на основе углерода.

Диэлектрические материалы

С любезного разрешения Benutzer: Aka

Конденсаторные материалы. Слева направо: многослойная керамика, керамический диск, многослойная полиэфирная пленка, трубчатая керамика, полистирол, металлизированная полиэфирная пленка, электролитический алюминий. Основные деления шкалы указаны в сантиметрах.

Большинство типов конденсаторов содержат диэлектрическую прокладку, увеличивающую их емкость. Эти диэлектрики чаще всего являются изоляторами.Однако доступны устройства с низкой емкостью с вакуумом между пластинами, что позволяет работать с очень высоким напряжением и низкими потерями. Переменные конденсаторы с открытыми в атмосферу обкладками обычно использовались в схемах радионастройки. В более поздних конструкциях между подвижными и неподвижными пластинами используется диэлектрик из полимерной фольги без значительного воздушного пространства между ними.

Чтобы максимально увеличить заряд, который может удерживать конденсатор, диэлектрический материал должен иметь как можно более высокую диэлектрическую проницаемость, а также как можно более высокое напряжение пробоя.

Доступно несколько твердых диэлектриков, включая бумагу, пластик, стекло, слюду и керамические материалы. Бумага широко использовалась в старых устройствах и обеспечивает относительно высокие характеристики напряжения. Однако он чувствителен к водопоглощению и в значительной степени заменен конденсаторами с пластиковой пленкой. Пластмассы обеспечивают лучшую стабильность и характеристики старения, что делает их полезными в схемах таймера, хотя они могут быть ограничены низкими рабочими температурами и частотами. Керамические конденсаторы, как правило, небольшие, дешевые и полезные для высокочастотных приложений, хотя их емкость сильно зависит от напряжения и они плохо изнашиваются.В целом они классифицируются как диэлектрики класса 1, у которых есть предсказуемые изменения емкости в зависимости от температуры, или диэлектрики класса 2, которые могут работать при более высоком напряжении. Стеклянные и слюдяные конденсаторы чрезвычайно надежны, стабильны и устойчивы к высоким температурам и напряжениям, но слишком дороги для большинства основных приложений. Электролитические конденсаторы и суперконденсаторы используются для хранения небольшого и большего количества энергии, соответственно, керамические конденсаторы часто используются в резонаторах, а паразитная емкость возникает в цепях, где бы простая структура проводник-изолятор-проводник непреднамеренно формируется конфигурацией макета схемы. .

В электролитических конденсаторах

используется пластина из алюминия или тантала с оксидным диэлектрическим слоем. Второй электрод представляет собой жидкий электролит, подключенный к цепи другой фольгированной пластиной. Электролитические конденсаторы обладают очень высокой емкостью, но страдают от плохих допусков, высокой нестабильности, постепенной потери емкости, особенно под воздействием тепла, и высокого тока утечки. Конденсаторы низкого качества могут вызвать утечку электролита, который вреден для печатных плат. Электропроводность электролита падает при низких температурах, что увеличивает эквивалентное последовательное сопротивление.Несмотря на то, что они широко используются для кондиционирования источников питания, плохие высокочастотные характеристики делают их непригодными для многих приложений. Электролитические конденсаторы будут саморазлагаться, если они не будут использоваться в течение определенного периода (около года), а при подаче полной мощности может произойти короткое замыкание, необратимо повредив конденсатор и, как правило, сгорая предохранитель или вызывая выход из строя выпрямительных диодов (например, в старом оборудовании, искрение в выпрямительных трубках). Их можно восстановить перед использованием (и повреждением) путем постепенного приложения рабочего напряжения, что часто делается на старинном ламповом оборудовании в течение 30 минут с использованием переменного трансформатора для подачи питания переменного тока.К сожалению, использование этого метода может быть менее удовлетворительным для некоторого твердотельного оборудования, которое может быть повреждено при работе ниже его нормального диапазона мощности, требуя, чтобы источник питания сначала был изолирован от потребляющих цепей. Такие средства могут быть неприменимы к современным высокочастотным источникам питания, поскольку они обеспечивают полное выходное напряжение даже при пониженном входном сигнале.

Танталовые конденсаторы

обладают лучшими частотными и температурными характеристиками, чем алюминиевые, но имеют более высокое диэлектрическое поглощение и утечку.

Полимерные конденсаторы

(OS-CON, OC-CON, KO, AO) используют твердый проводящий полимер (или полимеризованный органический полупроводник) в качестве электролита и обеспечивают более длительный срок службы и более низкое ESR при более высокой стоимости, чем стандартные электролитические конденсаторы.

Проходной конденсатор - это компонент, который, хотя и не используется в основном, имеет емкость и используется для передачи сигналов через проводящий лист.

Для специальных применений доступны несколько других типов конденсаторов. Суперконденсаторы хранят большое количество энергии.Суперконденсаторы, изготовленные из углеродного аэрогеля, углеродных нанотрубок или высокопористых электродных материалов, обладают чрезвычайно высокой емкостью (до 5 кФ по состоянию на 2010 г.) и могут использоваться в некоторых приложениях вместо аккумуляторных батарей. Конденсаторы переменного тока специально разработаны для работы в цепях питания переменного тока с линейным (сетевым) напряжением. Они обычно используются в цепях электродвигателей и часто предназначены для работы с большими токами, поэтому имеют тенденцию быть физически большими. Обычно они прочно упакованы, часто в металлических корпусах, которые можно легко заземлить.Они также рассчитаны на напряжение пробоя постоянного тока, по крайней мере, в пять раз превышающее максимальное напряжение переменного тока.

Структура

Корпуса конденсаторов: керамические SMD вверху слева; Тантал SMD внизу слева; сквозное отверстие в тантале вверху справа; сквозной электролитик внизу справа. Основные деления шкалы - см.

Расположение пластин и диэлектрика может быть различным в зависимости от требуемых номиналов конденсатора.При малых значениях емкости (микрофарад и менее) керамические диски используют металлическое покрытие с проволочными выводами, прикрепленными к покрытию. Большие значения могут быть получены с помощью нескольких стопок пластин и дисков. В конденсаторах большей емкости обычно используется металлическая фольга или слой металлической пленки, нанесенный на поверхность диэлектрической пленки для изготовления пластин, и диэлектрическая пленка из пропитанной бумаги или пластика - они свернуты для экономии места. Чтобы уменьшить последовательное сопротивление и индуктивность для длинных пластин, пластины и диэлектрик расположены в шахматном порядке, так что соединение выполняется на общем крае свернутых пластин, а не на концах фольги или полос металлизированной пленки, составляющих пластины.

Узел заключен в кожух для предотвращения попадания влаги в диэлектрик - в раннем радиооборудовании использовалась картонная трубка, запечатанная воском. Современные бумажные или пленочные диэлектрические конденсаторы погружены в твердый термопласт. Конденсаторы большой емкости для использования с высоким напряжением могут иметь форму рулона, сжатую для размещения в прямоугольном металлическом корпусе с болтовыми выводами и втулками для соединений. Диэлектрик в конденсаторах большей емкости часто пропитывают жидкостью для улучшения его свойств.

С любезного разрешения Mataresephotos

Несколько аксиально-свинцовых электролитических конденсаторов

Конденсаторы могут иметь свои соединительные выводы, расположенные во многих конфигурациях, например, в осевом или радиальном направлении.«Осевой» означает, что выводы расположены на общей оси, обычно на оси цилиндрического корпуса конденсатора - выводы проходят с противоположных концов. Радиальные отведения можно было бы более точно назвать тандемными; они редко фактически выровнены по радиусам окружности тела, поэтому термин неточный, хотя и универсальный. Выводы (пока они не изогнуты) обычно расположены в плоскостях, параллельных плоскости плоского корпуса конденсатора, и проходят в том же направлении; они часто параллельны при изготовлении.

Маленькие дешевые дискоидальные керамические конденсаторы существуют с 1930-х годов и до сих пор широко используются.С 1980-х годов широко используются корпуса для поверхностного монтажа конденсаторов. Эти корпуса чрезвычайно малы и не имеют соединительных выводов, что позволяет их припаять непосредственно к поверхности печатных плат. Компоненты для поверхностного монтажа предотвращают нежелательные высокочастотные эффекты из-за проводов и упрощают автоматическую сборку, хотя ручная обработка затруднена из-за их небольшого размера.

Конденсаторы переменной емкости с механическим управлением позволяют регулировать расстояние между пластинами, например, вращая или сдвигая набор подвижных пластин для совмещения с набором неподвижных пластин.Недорогие переменные конденсаторы сжимают винтом чередующиеся слои алюминия и пластика. Электрический контроль емкости достигается с помощью варакторов (или варикапов), которые представляют собой полупроводниковые диоды с обратным смещением, ширина обедненной области которых изменяется в зависимости от приложенного напряжения. Среди прочего, они используются в контурах фазовой автоподстройки частоты.

Маркировка конденсатора

На корпусе большинства конденсаторов нанесены цифры, указывающие на их электрические характеристики.Конденсаторы большего размера, такие как электролитические, обычно показывают фактическую емкость вместе с единицей измерения (например, 220 мкФ). Конденсаторы меньшего размера, такие как керамические, однако, используют сокращение, состоящее из трех цифровых цифр и буквы, где цифры указывают емкость в пФ (рассчитывается как XY × 10Z для цифр XYZ), а буква указывает допуск (J, K или M для ± 5%, ± 10% и ± 20% соответственно).

Кроме того, конденсатор может показывать свое рабочее напряжение, температуру и другие соответствующие характеристики.

По типографским причинам некоторые производители печатают на конденсаторах «MF» для обозначения микрофарад (мкФ).

Пример

Конденсатор с надписью 473K 330V на корпусе имеет емкость 47 × 103 пФ = 47 нФ (± 10%) с рабочим напряжением 330 В. Рабочее напряжение конденсатора - это максимальное напряжение, которое может быть приложено к нему. это без чрезмерного риска разрушения диэлектрического слоя.

Приложения

Этот майларовый пленочный масляный конденсатор имеет очень низкую индуктивность и низкое сопротивление, что обеспечивает высокую мощность (70 мегаватт) и высокую скорость (1.2 микросекунды) разряда, необходимого для работы лазера на красителях.

Энергоаккумулятор

Конденсатор может накапливать электроэнергию при отключении от зарядной цепи, поэтому его можно использовать как временный аккумулятор или как другие типы перезаряжаемых систем накопления энергии. Конденсаторы обычно используются в электронных устройствах для поддержания питания во время замены батарей. (Это предотвращает потерю информации в энергозависимой памяти.)

Обычные конденсаторы обеспечивают менее 360 джоулей на килограмм удельной энергии, тогда как обычные щелочные батареи имеют плотность 590 кДж / кг.

В автомобильных аудиосистемах большие конденсаторы накапливают энергию для использования усилителем по требованию. Также для импульсной лампы используется конденсатор для удержания высокого напряжения.

Импульсная энергия и оружие

Группы больших, специально сконструированных высоковольтных конденсаторов с низкой индуктивностью (конденсаторные батареи) используются для подачи мощных импульсов тока во многих импульсных источниках питания. К ним относятся электромагнитное формирование, генераторы Маркса, импульсные лазеры (особенно TEA-лазеры), сети формирования импульсов, радары, термоядерные исследования и ускорители частиц.

Большие конденсаторные батареи (резервуары) используются в качестве источников энергии для взрывных детонаторов или ударных детонаторов в ядерном оружии и другом специальном оружии. Ведутся экспериментальные работы по использованию батарей конденсаторов в качестве источников питания для электромагнитной брони и электромагнитных рельсотронов и койлганов.

Силовая установка

С любезного разрешения Даниэля Кристенсена

Накопительные конденсаторы используются в источниках питания, где они сглаживают выход полнополупериодного или полуволнового выпрямителя.Их также можно использовать в схемах накачки заряда в качестве элемента накопления энергии при генерации более высоких напряжений, чем входное напряжение.

Конденсаторы подключаются параллельно к силовым цепям большинства электронных устройств и более крупных систем (например, заводов), чтобы отводить и скрывать колебания тока от первичного источника питания, чтобы обеспечить «чистый» источник питания для сигнальных или управляющих цепей. Аудиооборудование, например, использует несколько конденсаторов таким образом, чтобы отводить гудение линии электропередачи до того, как он попадет в сигнальную цепь.Конденсаторы действуют как локальный резерв для источника постоянного тока и отводят переменные токи от источника питания. Это используется в автомобильных аудиосистемах, когда конденсатор жесткости компенсирует индуктивность и сопротивление выводов свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора.

Коррекция коэффициента мощности

Высоковольтная конденсаторная батарея, используемая для коррекции коэффициента мощности в системе передачи энергии

В распределении электроэнергии конденсаторы используются для коррекции коэффициента мощности.Такие конденсаторы часто представляют собой три конденсатора, подключенных к трехфазной нагрузке. Обычно значения этих конденсаторов указываются не в фарадах, а скорее как реактивная мощность в вольт-амперах реактивной (вар). Цель состоит в том, чтобы противодействовать индуктивной нагрузке от таких устройств, как электродвигатели и линии передачи, чтобы нагрузка выглядела в основном резистивной. Отдельные моторные или ламповые нагрузки могут иметь конденсаторы для коррекции коэффициента мощности, или большие наборы конденсаторов (обычно с устройствами автоматического переключения) могут быть установлены в центре нагрузки в здании или на большой подстанции.

Глушитель и муфта

Муфта сигнальная

С любезного разрешения Mataresephotos

Конденсаторы с полиэфирной пленкой часто используются в качестве конденсаторов связи.

Поскольку конденсаторы пропускают переменный ток, но блокируют сигналы постоянного тока (при зарядке до приложенного постоянного напряжения), они часто используются для разделения компонентов переменного и постоянного тока сигнала. Этот метод известен как связь по переменному току или «емкостная связь».Здесь используется большое значение емкости, значение которой не нужно точно контролировать, но чье реактивное сопротивление мало на частоте сигнала.

Развязка

Разделительный конденсатор - это конденсатор, используемый для защиты одной части схемы от воздействия другой, например, для подавления шума или переходных процессов. Шум, вызванный другими элементами схемы, шунтируется через конденсатор, уменьшая их влияние на остальную часть схемы. Чаще всего используется между источником питания и землей.Альтернативное название - шунтирующий конденсатор, поскольку он используется для шунтирования источника питания или другого компонента схемы с высоким импедансом.

Разделительные конденсаторы не всегда должны быть дискретными компонентами. Конденсаторы, используемые в этих приложениях, могут быть встроены в печатную плату между различными слоями. Их часто называют встроенными конденсаторами. Слои на плате, способствующие емкостным свойствам, также функционируют как плоскости питания и заземления и имеют между собой диэлектрик, что позволяет им работать как конденсатор с параллельными пластинами.

Фильтры высоких и низких частот

Шумоподавление, шипы и демпферы

Когда индуктивная цепь разомкнута, ток через индуктивность быстро падает, создавая большое напряжение в разомкнутой цепи переключателя или реле. Если индуктивность достаточно велика, энергия вызовет искру, в результате чего точки контакта будут окисляться, портиться или иногда свариваться вместе, или разрушать твердотельный переключатель. Демпферный конденсатор во вновь разомкнутой цепи создает путь для этого импульса, чтобы обойти точки контакта, тем самым сохраняя их жизнь; они обычно использовались, например, в системах зажигания с контактным выключателем.Точно так же в схемах меньшего размера искры может быть недостаточно, чтобы повредить переключатель, но все же будут излучаться нежелательные радиочастотные помехи (RFI), которые поглощает конденсатор фильтра. Демпфирующие конденсаторы обычно используются с последовательно включенным резистором с низким номиналом, чтобы рассеивать энергию и минимизировать радиопомехи. Такие комбинации резистор-конденсатор доступны в одном корпусе.

Конденсаторы

также используются параллельно для прерывания блоков высоковольтного выключателя, чтобы равномерно распределять напряжение между этими блоками.В этом случае их называют градуировочными конденсаторами.

На принципиальных схемах конденсатор, используемый в основном для накопления заряда постоянного тока, часто изображен вертикально на принципиальных схемах с нижней, более отрицательной пластиной, изображенной в виде дуги. Прямая пластина указывает на положительный полюс устройства, если он поляризован.

Пускатели электродвигателей

В однофазных двигателях с короткозамкнутым ротором первичная обмотка в корпусе двигателя не может начать вращательное движение ротора, но может его поддерживать.Для запуска двигателя вторичная «пусковая» обмотка имеет последовательный неполяризованный пусковой конденсатор, который вводит синусоидальный ток в опережение. Когда вторичная (пусковая) обмотка расположена под углом к ​​первичной (рабочей) обмотке, создается вращающееся электрическое поле. Сила вращательного поля непостоянна, но достаточна для запуска вращения ротора. Когда ротор приближается к рабочей скорости, центробежный выключатель (или токо-чувствительное реле, включенное последовательно с основной обмоткой) отключает конденсатор.Пусковой конденсатор обычно устанавливается сбоку от корпуса двигателя. Они называются двигателями с конденсаторным пуском, которые имеют относительно высокий пусковой момент. Обычно они могут иметь пусковой момент в четыре раза больший, чем двигатель с расщепленной фазой, и используются в таких устройствах, как компрессоры, мойки высокого давления и любые небольшие устройства, требующие высоких пусковых моментов.

Асинхронные двигатели с конденсаторным питанием имеют постоянно подключенный фазосдвигающий конденсатор, соединенный последовательно со второй обмоткой.Двигатель очень похож на двухфазный асинхронный двигатель.

Пусковые конденсаторы электродвигателя обычно являются неполяризованными электролитическими типами, в то время как рабочие конденсаторы представляют собой обычные бумажные или пластмассовые диэлектрические пленки.

Обработка сигналов

Энергия, запасенная в конденсаторе, может использоваться для представления информации либо в двоичной форме, как в DRAM, либо в аналоговой форме, как в аналоговых фильтрах с дискретизацией и ПЗС. Конденсаторы могут использоваться в аналоговых схемах в качестве компонентов интеграторов или более сложных фильтров, а также для стабилизации контура отрицательной обратной связи.В схемах обработки сигналов также используются конденсаторы для интеграции токового сигнала.

Настроенные схемы

Конденсаторы и катушки индуктивности используются вместе в настроенных схемах для выбора информации в определенных частотных диапазонах. Например, радиоприемники полагаются на переменные конденсаторы для настройки частоты станции. В динамиках используются пассивные аналоговые кроссоверы, а в аналоговых эквалайзерах используются конденсаторы для выбора различных звуковых диапазонов.

Резонансная частота f настроенного контура является функцией последовательно включенных индуктивности (L) и емкости (C) и определяется по формуле:

, где L в генри, а C в фарадах.

Обнаружение

Большинство конденсаторов предназначены для поддержания фиксированной физической структуры. Однако различные факторы могут изменить структуру конденсатора, и результирующее изменение емкости можно использовать для определения этих факторов.

Замена диэлектрика:

Эффекты изменения характеристик диэлектрика могут быть использованы для сенсорных целей. Конденсаторы с открытым пористым диэлектриком могут использоваться для измерения влажности воздуха. Конденсаторы используются для точного измерения уровня топлива в самолетах; поскольку топливо покрывает большую часть пары пластин, емкость цепи увеличивается.Сжатие диэлектрика может изменить конденсатор при давлении в несколько десятков бар в достаточной степени, чтобы его можно было использовать в качестве датчика давления. Выбранный, но в остальном стандартный полимерный диэлектрический конденсатор при погружении в совместимый газ или жидкость может с успехом работать в качестве очень недорогого датчика давления до многих сотен бар.

Изменение расстояния между пластинами:

Конденсаторы с гибкой пластиной могут использоваться для измерения деформации или давления. В промышленных датчиках давления, используемых для управления технологическим процессом, используются чувствительные к давлению диафрагмы, которые образуют пластину конденсатора в цепи генератора.Конденсаторы используются в качестве датчика в конденсаторных микрофонах, где одна пластина перемещается под действием давления воздуха относительно фиксированного положения другой пластины. В некоторых акселерометрах используются конденсаторы MEMS, выгравированные на микросхеме, для измерения величины и направления вектора ускорения. Они используются для обнаружения изменений ускорения, в датчиках наклона или для обнаружения свободного падения в качестве датчиков, запускающих срабатывание подушки безопасности, а также во многих других приложениях. В некоторых датчиках отпечатков пальцев используются конденсаторы. Кроме того, пользователь может регулировать высоту тона музыкального инструмента терменвокса, перемещая руку, поскольку это изменяет эффективную емкость между рукой пользователя и антенной.

Изменение полезной площади пластин:

Емкостные сенсорные переключатели теперь используются во многих бытовых электронных продуктах.

Генераторы

Пример простого генератора, для работы которого требуется конденсатор. Лицензия CC BY 3.0

Конденсатор может обладать пружинными свойствами в цепи генератора. В примере изображения конденсатор воздействует на напряжение смещения на базе npn-транзистора.Значения сопротивления резисторов делителя напряжения и значение емкости конденсатора вместе определяют частоту колебаний.

Производство света

Светоизлучающий конденсатор изготовлен из диэлектрика, в котором для получения света используется фосфоресценция. Если одна из токопроводящих пластин сделана из прозрачного материала, свет будет виден. Светоизлучающие конденсаторы используются в конструкции электролюминесцентных панелей для таких приложений, как подсветка портативных компьютеров.В этом случае вся панель представляет собой конденсатор, используемый для генерации света.

Опасности и безопасность

Опасности, создаваемые конденсатором, обычно определяются, прежде всего, количеством запасенной энергии, которая является причиной таких вещей, как электрические ожоги или фибрилляция сердца. Такие факторы, как напряжение и материал шасси, имеют второстепенное значение, они больше связаны с тем, насколько легко может быть инициировано электрический ток, а не с тем, сколько повреждений может произойти.

Конденсаторы могут сохранять заряд долгое время после отключения питания от цепи; этот заряд может вызвать опасные или даже потенциально смертельные удары током или повредить подключенное оборудование. Например, даже такое, казалось бы, безобидное устройство, как одноразовая вспышка, работающая от 1,5-вольтовой батареи AA, имеет конденсатор, который может содержать более 15 джоулей энергии и заряжаться до более чем 300 вольт. Это легко может вызвать шок. Процедуры обслуживания электронных устройств обычно включают инструкции по разрядке больших или высоковольтных конденсаторов, например, с помощью ручки Бринкли.Конденсаторы также могут иметь встроенные разрядные резисторы для рассеивания накопленной энергии до безопасного уровня в течение нескольких секунд после отключения питания. Высоковольтные конденсаторы хранятся с закороченными клеммами для защиты от потенциально опасных напряжений из-за диэлектрического поглощения или от переходных напряжений, которые конденсатор может получить от статических зарядов или погодных явлений.

Некоторые старые, большие масляные конденсаторы из бумаги или пластиковой пленки содержат полихлорированные бифенилы (ПХБ). Известно, что отходы ПХД могут попадать в грунтовые воды под свалками.Конденсаторы, содержащие ПХБ, были помечены как содержащие «Аскарел» и несколько других торговых наименований. Бумажные конденсаторы с ПХБ используются в очень старых (до 1975 г.) балластах люминесцентных ламп и в других устройствах.

Конденсаторы могут катастрофически выйти из строя при воздействии на них напряжений или токов, превышающих их номинальные значения, или по мере того, как они достигают своего нормального срока службы. Неисправности диэлектрических или металлических межсоединений могут вызвать искрение, которое испаряет диэлектрическую жидкость, что приводит к вздутию, разрыву или даже взрыву.Конденсаторы, используемые в ВЧ-устройствах или в устройствах с длительным током, могут перегреваться, особенно в центре валков конденсатора. Конденсаторы, используемые в высокоэнергетических батареях конденсаторов, могут сильно взорваться, когда короткое замыкание в одном конденсаторе вызывает внезапный сброс энергии, накопленной в остальной части батареи, в неисправный блок. Вакуумные конденсаторы высокого напряжения могут генерировать мягкое рентгеновское излучение даже при нормальной работе. Надлежащая локализация, предохранение и профилактическое обслуживание могут помочь свести к минимуму эти опасности.

Для высоковольтных конденсаторов

можно использовать предварительную зарядку для ограничения пусковых токов при включении цепей постоянного тока высокого напряжения (HVDC).Это продлит срок службы компонента и может снизить опасность высокого напряжения.

С любезного разрешения Frizb99

Катастрофический отказ

Источник: www.wikipedia.com

Обзор электролитического конденсатора

| Инженеры Edge

Связанные ресурсы: приборы

Обзор электролитического конденсатора

Электролитический конденсатор - это тип конденсатора, в котором в качестве одной из пластин используется электролит, ионно-проводящая жидкость, для достижения большей емкости на единицу объема, чем в других типах.Они используются в относительно сильноточных и низкочастотных электрических цепях, особенно в фильтрах источников питания, где они накапливают заряд, необходимый для смягчения колебаний выходного напряжения и тока на выходе выпрямителя. Они также широко используются в качестве разделительных конденсаторов в цепях, где должен проводиться переменный ток, а постоянный - нет. Обычно используются два типа электролитических конденсаторов: алюминиевые и танталовые.

Электролитические конденсаторы способны обеспечить самые высокие значения емкости среди конденсаторов любого типа (см. Суперконденсаторы), но у них есть недостатки, ограничивающие их использование.Стандартная конструкция требует, чтобы подаваемое напряжение было поляризованным; одна указанная клемма всегда должна иметь положительный потенциал по отношению к другой. Поэтому они не могут использоваться с сигналами переменного тока без поляризационного смещения постоянного тока. Однако существуют специальные неполяризованные электролитические конденсаторы для переменного тока, которые не требуют смещения постоянного тока. Электролитические конденсаторы также имеют относительно низкое напряжение пробоя, более высокий ток утечки и индуктивность, более низкие допуски и температурный диапазон, а также более короткий срок службы по сравнению с другими типами конденсаторов.

Строительство:

Алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух проводящих алюминиевых фольг, одна из которых покрыта изолирующим оксидным слоем, и бумажной прокладки, пропитанной электролитом. Фольга, изолированная оксидным слоем, является анодом, а жидкий электролит и вторая фольга действуют как катод. Затем этот пакет сворачивают, снабжают штыревыми соединителями и помещают в цилиндрический алюминиевый кожух. Двумя наиболее популярными геометриями являются осевые выводы, идущие из центра каждой круговой поверхности цилиндра, или два радиальных вывода или выступа на одной из круглых поверхностей.Оба они показаны на картинке.

Полярность:

В алюминиевых электролитических конденсаторах слой изолирующего оксида алюминия на поверхности алюминиевой пластины действует как диэлектрик, и именно тонкость этого слоя обеспечивает относительно высокую емкость в небольшом объеме. Этот оксид имеет диэлектрическую проницаемость 10, что в несколько раз выше, чем у большинства обычных полимерных изоляторов. Он может выдерживать напряженность электрического поля порядка 25 мегавольт на метр, что является приемлемой долей по сравнению с обычными полимерами.Эта комбинация высокой емкости и достаточно высокого напряжения приводит к высокой плотности энергии.

Большинство электролитических конденсаторов поляризованы и требуют, чтобы один из электродов был положительным по отношению к другому; они могут катастрофически выйти из строя, если поменять напряжение на противоположное. Это связано с тем, что напряжение обратного смещения от 1 до 1,5 В разрушит центральный слой диэлектрического материала в результате электрохимического восстановления (см. Окислительно-восстановительные реакции). После потери диэлектрического материала в конденсаторе произойдет короткое замыкание, и при достаточном токе короткого замыкания электролит быстро нагреется и либо потечет, либо вызовет взрыв конденсатора, часто весьма драматичным образом.

Чтобы свести к минимуму вероятность того, что поляризованный электролит будет неправильно вставлен в цепь, полярность очень четко указана на корпусе. Полоса на стороне конденсатора обычно используется для обозначения отрицательного вывода. Кроме того, отрицательный вывод радиального электролита короче положительного и может быть различим в других отношениях. На печатной плате принято указывать правильную ориентацию, используя квадратную площадку со сквозным отверстием для положительного вывода и круглую площадку для отрицательного вывода.

Доступны специальные конденсаторы, предназначенные для работы на переменном токе, обычно называемые «неполяризованными» или «NP» типами. В них перед сборкой на обеих полосах алюминиевой фольги формируются оксидные слои полной толщины. На чередующихся половинах циклов переменного тока одна из полосок фольги действует как блокирующий диод, предотвращая повреждение электролита другой полоски обратным током.

Современные конденсаторы имеют предохранительный клапан, обычно это либо секция банки с насечками, либо специально разработанное торцевое уплотнение для выпуска горячего газа / жидкости, но разрывы все же могут быть значительными.Электролитик может выдерживать обратное смещение в течение короткого периода времени, но будет проводить значительный ток и не работать как очень хороший конденсатор. Большинство из них выживут без обратного смещения постоянного тока или только с напряжением переменного тока, но схемы должны быть спроектированы так, чтобы не было постоянного обратного смещения в течение значительного количества времени.

На иллюстрации показаны наиболее распространенные условные обозначения электролитических конденсаторов. На некоторых схемах не печатается знак «+» рядом с символом.На более старых схемах электролитические конденсаторы показаны в виде небольшой положительной пластины, окруженной снизу и по бокам большим тарельчатым отрицательным электродом, обычно без маркировки «+».

Емкость:

Значение емкости любого конденсатора является мерой количества электрического заряда, накопленного на единицу разности потенциалов между пластинами. Основная единица емкости - фарада; однако этот блок был слишком большим для общего использования до изобретения двухслойного конденсатора, поэтому чаще используются микрофарады (�F, или, что менее правильно, мкФ), нанофарады (нФ) и пикофарады (пФ).

Многие условия определяют емкость конденсатора, например, толщину диэлектрика и площадь пластины. В процессе производства электролитические конденсаторы изготавливаются в соответствии с набором предпочтительных номеров. Умножив эти базовые числа на степень десяти, можно получить любую практическую емкость конденсатора, которая подходит для большинства приложений.

Пассивные электронные компоненты, включая конденсаторы, обычно производятся в предпочтительных номиналах (например, IEC 60063 E6, E12 и т. Д.ряд).

Емкость алюминиевых электролитических конденсаторов имеет тенденцию изменяться со временем, и они обычно имеют диапазон допуска 20%. Некоторые из них имеют асимметричные допуски, обычно –20%, но с гораздо большим положительным допуском, поскольку многие схемы просто требуют, чтобы емкость была не меньше заданного значения; это можно увидеть в технических описаниях многих конденсаторов потребительского класса. Танталовые электролиты могут производиться с более жесткими допусками и более стабильными.

Типы:


В отличие от конденсаторов, в которых используется объемный диэлектрик, изготовленный из изолирующего материала, диэлектрик в электролитических конденсаторах зависит от образования и поддержания микроскопического слоя оксида металла.По сравнению с объемными диэлектрическими конденсаторами этот очень тонкий диэлектрик обеспечивает гораздо большую емкость в том же единичном объеме, но для поддержания целостности диэлектрика обычно требуется постоянное приложение правильной полярности напряжения, иначе оксидный слой разрушится и разорвется конденсатор теряет способность выдерживать приложенное напряжение (хотя его часто можно «преобразовать»). Кроме того, в электролитических конденсаторах обычно используется внутренняя влажная химия, и они в конечном итоге выйдут из строя, если вода внутри конденсатора испарится.

Значения электролитической емкости не так строго определены, как для объемных диэлектрических конденсаторов. Особенно в случае с алюминиевыми электролитами, довольно часто можно увидеть электролитический конденсатор, указанный как имеющий «гарантированное минимальное значение» и не имеющий верхнего предела его значения. Этот тип спецификации приемлем для большинства целей (таких как фильтрация источника питания и связь сигналов).

Как и объемные диэлектрические конденсаторы, электролитические конденсаторы бывают нескольких разновидностей:

Алюминиевый электролитический конденсатор:

Компактные, но с потерями, они доступны в диапазоне от <1 ° F до 1 F с рабочим напряжением до нескольких сотен вольт постоянного тока.Диэлектрик представляет собой тонкий слой оксида алюминия. Они содержат агрессивную жидкость и могут лопнуть при обратном подключении устройства. Оксидный изолирующий слой будет иметь тенденцию к ухудшению в отсутствие достаточного восстанавливающего напряжения, и в конечном итоге конденсатор потеряет способность выдерживать напряжение, если напряжение не приложено. Конденсатор, с которым это произошло, часто можно «преобразовать», подключив его к источнику напряжения через резистор и позволяя результирующему току медленно восстанавливать оксидный слой.Биполярные электролитические элементы (также называемые неполяризованными или NP-конденсаторами) содержат две анодированные пленки, которые ведут себя как два последовательно соединенных конденсатора. Они используются, когда один электрод может быть положительным или отрицательным относительно другого в разные моменты времени в цепях переменного тока. Плохие частотные и температурные характеристики делают их непригодными для высокочастотных приложений. Типичные значения ESL составляют несколько наногенри.

Тантал:

Компактные низковольтные устройства с температурой до нескольких сотен ° F, они имеют более низкую плотность энергии и производятся с более жесткими допусками, чем алюминиевые электролиты.Танталовые конденсаторы также поляризованы из-за разнородных электродов. Анодный электрод сформирован из спеченных зерен тантала, а диэлектрик электрохимически сформирован в виде тонкого слоя оксида. Тонкий слой оксида и большая площадь поверхности пористого спеченного материала придают этому типу очень высокую емкость на единицу объема. Катодный электрод образован либо из жидкого электролита, соединяющего внешнюю емкость, либо из химически осажденного полупроводящего слоя диоксида марганца, который затем подключается к внешнему проводнику.В разработках этого типа диоксид марганца заменяется проводящим пластичным полимером (полипирролом), который снижает внутреннее сопротивление и исключает самовоспламенение.


По сравнению с алюминиевыми электролитами танталовые конденсаторы имеют очень стабильную емкость, небольшую утечку постоянного тока и очень низкое сопротивление на высоких частотах. Однако, в отличие от алюминиевых электролитов, они не переносят скачков положительного или отрицательного напряжения и разрушаются (часто с сильным взрывом), если подключены в цепи в обратном направлении или подвергаются скачкам напряжения выше их номинального значения.

Танталовые конденсаторы дороже конденсаторов на основе алюминия (с жидким электролитом) и обычно доступны только в низковольтных версиях, но из-за их меньшего размера для данной емкости и более низкого импеданса на высоких частотах они популярны в миниатюрных приложениях, таких как сотовые телефоны.

Твердый алюминиевый электролитический конденсатор с органическим полупроводниковым электролитом или OS-CON (что означает OrganicSemi-Conductive):

Конденсатор нового поколения, в котором слои алюминиевой фольги погружены не в раствор жидкого электролита, а в твердый полупроводящий материал, полученный из изохинолина.Монокристаллический N-н-бутил-изохинолин подвергается термоформованию для придания окончательной формы, что существенно повышает его проводимость, таким образом защищая конденсатор от чрезмерных скачков тепла, и, наконец, банки OS-CON герметизируются эпоксидной смолой. Эти конденсаторы стабильны при использовании в диапазоне от -55 ° C до практически 125 ° C в теории. Основными преимуществами использования этого конкретного полупроводника являются довольно низкое ESR, более широкий частотный диапазон и большая стабильность при использовании по сравнению с алюминиевыми конденсаторами с жидким электролитом и твердыми полимерными конденсаторами из тантала.Конденсаторы OS-CON часто встречаются как SMD.

© Copyright 2000 - 2021, Engineers Edge, LLC www.engineersedge.com
Все права защищены
Отказ от ответственности | Обратная связь | Реклама | Контакты

Дата / Время:

nanoHUB.org - 404

Поиск Поиск
  • Авторизоваться
  • Помощь
  • Поиск
  • На главную
  • Ресурсы
    • Что нового
    • Зачем публиковать?
    • Загрузить / опубликовать
    • Анимации
    • Компактные модели
    • Курсы
    • Базы данных
    • Наборы данных
    • Загрузки
    • Интернет-презентации
    • Материалы для презентаций
    • Документы
    • Серия
    • Учебные материалы
    • Учебные материалы
    • 9032 Коллекции
    • Темы
    • Теги
    • Цитаты
    • События
    • Обратная связь
    • Разработка инструментов
  • nanoHUB-U
    • Физика электронных полимеров
    • Биологическая инженерия: принципы разработки ячеек
    • Термостойкость в электронных устройствах (краткий курс)
    • Основы нанотранзисторов, 2-е издание Основы электроники
    • Часть B: квантовый транспорт, 2-е издание
    • Основы наноэлектроники, Часть A: Основные концепции, 2-е издание
    • Биоэлектричество (edX)
    • Органические электронные устройства
    • Нанофотонное моделирование, 2-е издание
    • Введение в материаловедение аккумуляторных батарей
    • Принципы электронных нанобиосенсоров
    • Термоэлектричество: от атомов к системам
    • От атомов к материалам: теория прогнозов и моделирование
    • Тепловая энергия в наномасштабе
    • Основы атомной силовой микроскопии, часть 2
    • Атомная силовая микроскопия Микроскопия, Часть 1
  • Партнеры
  • Сообщество
    • Проекты
    • Группы
    • События
  • О
    • Что такое нанотехнологии?
    • Simulate
    • Research & Collaborate
    • Teach & Learn
    • Share & Publish
    • Известные цитаты
    • Показатели использования
    • В новостях
    • Информационный бюллетень
    • Пресс-кит
    • Свяжитесь с нами
  • Поддержка
    • FAQ
    • Список желаний
    • Сообщить о проблеме
    • Сообщить о проблеме
    • Сообщить о проблеме
    • Примите участие в опросе
    Меню Главная / Ошибка

    Ошибка (404)

    Не найдено.

    • Политика конфиденциальности
    • Политика в отношении злоупотреблений
    • Лицензионный контент
    • Нарушение авторских прав

    Авторские права 2021 NCN

    Поиск Поиск

    близкий поиск .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *