Типы конденсаторов

Полиэстеровые модели

На схемах устройства данного типа обозначаются маркировкой K73-17 или CL21. Их оболочку формирует металлизированная пленка, а для корпуса используется эпоксидный компаунд. Как раз наличие этого наполнителя в конструкции делает полиэстеровые конденсаторы устойчивыми к температурным, физическим и химическим воздействиям. Этот набор эксплуатационных качеств обусловил и широкое распространение конденсаторов типа K73-17 в производстве светотехнических приборов. Средняя емкость устройства составляет 15 мкФ при максимальном напряжении порядка 1500 В. Характеристики скромные, но это не мешает применять конденсатор в тех же цепях с импульсным и переменным током. К тому же и низкая стоимость устройства способствует его популярности на радиорынке.

Преимущества и недостатки

Использование импульсных трансформаторов объясняется следующими преимуществами:

• высокими показателями выходной мощности;
• небольшой массой и габаритными размерами;
• высокой эффективностью, благодаря снижению энергетических потерь;
• меньшей ценой при сопоставимых характеристиках;
• высокой надёжностью по причине наличия схем защиты.

Разобранный импульсный трансформатор

Малая масса достигается посредством возрастания частоты импульса. Это приводит к уменьшению объёма конденсаторов и простоте схемы выпрямления.

Возрастание коэффициента полезного действия обеспечивается, благодаря сокращению энергетических потерь.

Уменьшение габаритов связано со снижением количества использованных материалов. Это основная причина удешевления данной продукции. Ещё одно достоинство малых размеров – возможность применения устройства в малогабаритных электротехнических изделиях.

Недостатки связаны со сложностью в ремонте по причине отсутствия в схеме гальванической развязки наличии помех высокой частоты, в связи с особенностями конструкции и принципа действия устройства.

Чтобы предупредить влияние высокочастотных помех, нередко приходится прибегать к использованию специальных защитных средств, если применяется оборудование, для которого такие факторы нежелательны. В некоторых случаях, в связи с помехами, применение импульсных трансформаторов оказывается невозможным.

Маркировка устройств

Для визуального определения принадлежности конденсатора к той или иной категории используются специальные обозначения. В первую очередь указывается емкостный потенциал, выражаемый микрофарадами (мкФ). Могут применяться и другие единицы измерения, о чем также будет свидетельствовать соответствующая маркировка. Не всегда отмечается тип используемого в конструкции материала – как правило, без маркировки выпускаются керамические и пленочные неполярные модели. В свою очередь, обозначение танталовых конденсаторов соответствует резисторам – за исключением наличия знака µ и цифр 104 или 107. Такие устройства могут иметь оранжевый, желтый или черный цвет. В знаковой маркировке также указываются размерные параметры и емкость. Высоковольтные и электролитические модели помечаются величиной максимального напряжения, а для переменных конденсаторов указывается диапазон емкости.

Общие сведения

В последние годы определенное развитие получили новые электротехнологии, основанные на свойствах сильноточного импульсного разряда, протекающего через катушку индуктивности, газовую или жидкую среды.  К указанным выше технологиям можно отнести магнитную штамповку, дробление породы, очистку металлических отливок и пр. Все большее развитие получают лазерные технологии, которые используются как в промышленности, так и в медицине.

В этих технологиях в качестве одного из основных элементов оборудования применяются импульсные высоковольтные конденсаторы, к характеристикам которых предъявляются все более высокие требования, заключающиеся в увеличении удельной энергии, ресурса, рабочей частоты конденсаторов, снижении tgδ, собственной индуктивности и внутреннего сопротивления. Удовлетворить эти требования полностью, применяя традиционную для импульсных конденсаторов бумажно-масляную изоляцию, не представляется возможным из-за сравнительно высоких диэлектрических потерь.

Нами были проведены новаторские работы по созданию серий пленочных импульсных конденсаторов с удельной энергией 0,1; 0,2; 0,3 Дж/г, малоиндуктивных сильноточных конденсаторов и малоиндуктивных высокочастотных высоковольтных конденсаторов для лазерных технологий.

Важной частью этих работ являлись исследования направленные на более глубокое понимание физических механизмов, определяющих старение пленочных конденсаторов в процессе их эксплуатации при высокой напряженности электрического поля, составляющей 250…300 кВ/мм. Проведенные исследования позволили с более обоснованных позиций подойти к разработке технологии изготовления пленочных конденсаторов высокой удельной энергии

Основные черты этой технологии определились в процессе исследований и заключаются в следующем:1) использовании оптимального коэффициента запрессовки секций в пакете и устранении возможности «перепрессовки»;2) устранении источников дополнительного загрязнения пленки при изготовлении секций и сборке сухих пакетов (намотка секций в «чистой» комнате, соблюдения производственной гигиены и т.д.);3) устранении возможного загрязнения изоляции конденсатора в процессе его пропитки за счет перехода от группового метода пропитки к индивидуальному и исключении повторного использования жидкости после очистки ее сорбентами;4) тщательной вакуумной сушке пленочной изоляции конденсатора в течение 48 часов при температуре 95-105°С;5) тщательной вакуумно-термической подготовке заливаемой жидкости с целью устранения растворенной влаги;6) отказа от применения стабилизирующих эпоксидных добавок.

Следует отметить, что указанная выше технология в целом направлена на устранение из конденсаторной изоляции пылевидных загрязнений, влаги и стабилизирующих добавок. Подобные требования к технологии  изготовления конденсаторов не являются новыми. Однако новым является то, что жесткость соблюдения этих требований при изготовлении импульсных пленочных конденсаторов, как показали наши исследования, на порядок выше, чем при изготовлении конденсаторов с бумажно-касторовой изоляцией.

На основе проведенных исследований и разработанной технологии была создана серия импульсных конденсаторов типа КПИ и КПИ1.

КОНДЕНСАТОРЫ СЕРИИ МКР (МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫЙ ПОЛИПРОПИЛЕН)

Рассматривая процессы, происходящие при эксплуатации конденсатора, можно увидеть что важным критерием при
выборе является соответствие свойств материала диэлектрика и обкладок решаемой задаче, возможность работы в
широком температурном диапазоне и в условиях высоких импульсных кратковременных токов, а так же, величина
отклонения от номинальных значений параметров под влиянием внешних воздействий. Эти факторы очень важны
при выборе конденсатора, та как непосредственно определяют потери энергии в нем.Конденсаторы серий MKP, MKPI, KPI (см. Фото. 2, 3, 4, табл. 2, 3) имеют превосходные электрические параметры,
очень малые потери в диэлектрике, очень высокое значение сопротивления изоляции, очень низкую диэлектрическую
абсорбцию и высокую диэлектрическую прочность, практически нечувствительны к повышенной влажности и
 

Фото. 2 Конденсаторы серии МКР (с самовосстановлением)
стабильность параметров при длительных сроках эксплуатации. Следует отметить также, что они имеют отрицательный
температурный коэффициент (–200 ppm/C).
Преимущественные области применения:
• цепи переменного тока;
• импульсные источники питания;
• коммутирующие и демпфирующие схемы (для тиристоров, GTO и IGBT модулей);
• силовые фильтры;
• узлы разряда/заряда с высокими значениями импульсных токов.
О технологии самовосстановления можно вкратце прочитать на этой странице…Таблица 2. Конденсаторы серии МКР (металлизированный полипропилен)

Фото. 3 Конденсаторы серии KPI	Фото. 4 Конденсаторы MKPI (с самовосстановлением)

Таблица 3. Импульсные и демпферные (для IGBT модулей) конденсаторы

Фото 4. Демпфирующий конденсатор MKP для GTO тиристоров

Симисторный ключ

Для гальванической развязки цепей управления и питания лучше
использовать оптопару или специальный симисторный драйвер. Например,
MOC3023M или MOC3052.

Эти оптопары состоят из инфракрасного светодиода и фотосимистора. Этот
фотосимистор можно использовать для управления мощным симисторным
ключом.

В MOC3052 падение напряжения на светодиоде равно 3 В, а ток — 60 мА,
поэтому при подключении к микроконтроллеру, возможно, придётся
использовать дополнительный транзисторный ключ.

Встроенный симистор же рассчитан на напряжение до 600 В и ток до
1 А. Этого достаточно для управления мощными бытовыми приборами через
второй силовой симистор.

Рассмотрим схему управления резистивной нагрузкой (например, лампой
накаливания).

Таким образом, эта оптопара выступает в роли драйвера
симистора.

Существуют и драйверы с детектором нуля — например, MOC3061. Они
переключаются только в начале периода, что снижает помехи в
электросети.

Резисторы R1 и R2 рассчитываются как обычно. Сопротивление же
резистора R3 определяется исходя из пикового напряжения в сети питания
и отпирающего тока силового симистора. Если взять слишком большое —
симистор не откроется, слишком маленькое — ток будет течь
напрасно. Резистор может потребоваться мощный.

Нелишним будет напомнить, что 230 В в электросети (текущий стандарт для
России, Украины и многих других стран) — это значение
действующего напряжения. Пиковое напряжение равно \(\sqrt2 \cdot 230 \approx
325\,\textrm{В}\).

Стоимость трансформатора

Цена на единицу продукции может колебаться от 50 до 700 рублей и выше, в зависимости от характеристик устройства. При покупке учитывается производитель изделия и размер приобретаемой партии. Наиболее дешево обойдётся продукция китайского производства, массово представленная на рынке.

Импульсные трансформаторы – устройства, без которых невозможно представить современную бытовую технику и промышленное производство. Эти аппараты обладают рядом преимуществ, по сравнению с аналогичным оборудованием, но в некоторых случаях сопутствующие недостатки не позволяют их использовать.

Подключение пускового и рабочего конденсаторов для трехфазного электромотора

Вот оно соответствие всех нужных приборов элементам схемы

Теперь выполним подключение, внимательно разобравшись с проводами

Так можно подключить двигатель и предварительно, используя неточную прикидку, и окончательно, когда будут подобраны оптимальные значения.

Подбор можно сделать и экспериментально, имея несколько конденсаторов разных емкостей. Если их присоединять параллельно друг другу, то суммарная емкость будет увеличиваться, при этом нужно смотреть, как ведет себя двигатель. Как только он станет работать ровно и без перенагрузки, значит, емкость находится где-то в районе оптимума. После этого приобретается конденсатор, по емкости равный этой сумме емкостей испытываемых конденсаторов, включенных параллельно. Однако можно при таком подборе измерять фактический потребляемый ток, используя измерительные токовые клещи, а провести расчет емкости конденсатора по формулам.

Особенности применения конденсаторов в схемах

Конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно.

[Емкость параллельно соединенных конденсаторов] = [Емкость C1] + [Емкость C2]

[Емкость последовательно соединенных конденсаторов] = 1 / (1 / [Емкость C1] + 1 / [Емкость C2])

На рисунке приведены типовые схемы на конденсаторах. (А) — Емкостный делитель переменного напряжения. [Напряжение на нижнем конденсаторе] = [Входное напряжение] * [Емкость верхнего конденсатора] / ([Емкость нижнего конденсатора] + [Емкость верхнего конденсатора]) (Б) — Фильтр высших частот. (В) — Фильтр низших частот. (Г) — Демфер.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

:: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Тренажер. Прибор. Тренировка глаз. Зрение — расслабление, отдых, упраж…
Схема тренажера для глаз. Советы по сборке и наладке….

Время переключения полевого транзистора. Емкость затвор — сток, исток….
Переключение полевого транзистора. Входные емкости. Встроенный диод. …

Цепь, схема задержки включения, выключения. Симметричная, асимметрична…
Схема цепи задержки включения / выключения на основе триггера Шмитта…

Автоматическая регулировка температуры теплоносителя отопления (воды, …
Интеллектуальный термостат отопительного котла….

Линейный последовательный компенсационный стабилизатор напряжения непр…
Как спроектировать и рассчитать стабилизатор напряжения непрерывного действия в …

Техника безопасности. Безопасная сборка электронных, радиоэлектронных …
Правила техники безопасности при сборке электронных устройств.
…

Понижающий импульсный источник питания. Обратная связь по напряжению. …
Шаг 4. Метод расчета цепей компенсации усилителя ошибки. Как применять полевые т…

Регулируемый последовательный стабилизатор с низким падением напряжени…
Как спроектировать и рассчитать регулируемый последовательный стабилизатор с низ…

Что такое полярность конденсатора и как ее определить?

Все конденсаторы имеют высокий показатель удельной емкости. Это объяснятся применением оксидной пленки в качестве диэлектрика, который располагается между обкладками. Этот слой появляется на поверхности металла – AL, Ta, Nb. Она характеризуется большой электрической прочностью, а также своими вентильными свойствами. Ее толщина колеблется от 0,01 до 1мкм.

Если создается напряжение в 100 вольт, создается напряженность на этом слое в 107В на см. Таким образом приближается к максимальному пределу своей прочность, исходя из теории ионной кристаллов.

В статье разобраны все аспекты как определить полярность конденсаторы и что такое полярность конденсаторов. В качестве дополнения есть ролик и скачиваемый файл на эту тему.

Где используются

Высоковольтные накопители заряда применяются в схемах таких имеющих большую энергоемкость устройств, как:

• умножители напряжения,
• генераторы Маркса,
• катушки Тесла,
• высокочастотные импульсные установки,
• радиолюбительская и профессиональная приемо-передающая аппаратура,
• пусковые блоки трехфазных электродвигателей большой и средней мощности.

Катушка Тесла

Высоковольтные накопители заряда, в отличие от используемых при более низких значениях напряжения аналогов, являются очень опасными для человеческого организма устройствами. Так, заряженный накопитель при контакте с неаккуратным обращением может привести к серьезной электротравме, повреждению кожных покровов и внутренних органов. Мощные устройства данного вида могут накапливать заряд, прохождение которого через человеческое тело крайне опасно.

Схемы КПЕ

Важно отметить, что на схеме каждый конденсатор, который входит в блок, отображается отдельно. Для того чтобы указать, что емкость переменного конденсатора из этого блока и остальных элементов может быть изменена при помощи всего одной ручки, управляющей всем блоком, те стрелки, который обозначают регулирование, должны быть соединены одной штриховой линией механической связи

Стоит отметить, что есть некоторые разновидности таких КПЕ. Один из видов — это дифференциальные конденсаторы, которые нашли свое применение, к примеру, в плечах емкостных мостов. Особенностью этого вида будет то, что он имеет два ряда статорных пластин и один ряд роторных. Расположение групп пластин таково: когда одна группа выходит из зазора, вторая тут же занимает их место. В этот момент емкость конденсатора переменного тока дифференциального типа будет уменьшаться между пластинами первой группы статора и группой ротора. А вот между второй группой пластин статора и группой ротора этот показатель будет расти. Таким образом, суммарное значение будет все время оставаться неизменным.

Как подключить 3ех фазный двигатель в однофазную сеть?

Запуск двигателя с тремя рабочими обмотками возможет потому, что он по умолчанию имеет сдвинутые на 120° фазы. Если подать напряжение всего на одну фазу, то не произойдет ровным счетом ничего по аналогии с однофазным двигателем на 220В, где в таком случае возникают эквивалентные разнонаправленные магнитные поля. Формально для этого нужно включить в работу хотя бы еще одну фазу, чтобы создать сдвиг и набрать необходимый момент. Подключение в сеть с напряжением 220В чаще всего производят через дополнительный контур – цепь из рабочих и пусковых конденсаторов.

Общая пусковая схема при подключении звездой (слева) и треугольником (справа) будет иметь следующий вид:

Как можно видеть, и в первом, и во втором случае две из трех обмоток подключаются напрямую к однофазной сети на 220В. Третья фаза закольцовывается на одну из двух предыдущих посредством промежуточной цепи конденсаторов: Сраб – основной/рабочий и Сп–для запуска. Второй подключен параллельно через ключ SA. Последний имеет нормально разомкнутые контакты, а крайнее положение кнопки не фиксируется – для того, чтобы через пусковой конденсатор пошел ток, ее нужно удерживать нажатой.

Чем отличается от трансформаторного блока питания

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

В линейном блоке питания основное преобразование происходит при помощи трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана под сетевое напряжение, вторичная обычно понижающая. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Следующий блок — выпрямитель, на котором синусоида сглаживается, превращается в пульсирующее напряжение. Этот блок выполнен на основе выпрямительных диодов. Диод может стоять один, может быть установлен диодный мост (мостовая схема). Разница между ними — в частоте импульсов, которые получаем на выходе. Дальше стоит стабилизатор и фильтр, придающие выходному напряжению нужный уровень и форму. На выходе имеем постоянное напряжение.

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

Основной недостаток линейных источников питания — большие габариты. Они зависят от размеров трансформатора — чем выше требуется мощность, тем больше размеры блока питания. Нужен еще стабилизатор, который корректирует выходное напряжение, а это еще увеличивает габариты, снижает КПД. Зато это устройство не грозит помехами работающему рядом оборудованию.

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

В импульсном блоке питания преобразование сложнее. На входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. Сетевой фильтр в дешевых моделях стоит не всегда, и в этом зачастую кроется проблема с нестабильной работой каких-то устройств, которые мы часто списываем на «падение напряжения в сети».

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность

Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц

Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).

На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

Для новичков не сразу становится понятным, почему лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные. Дело не только в габаритах и материалоемкости. Дело в более стабильных параметрах, которые выдают импульсные устройства. Качество напряжения на выходе не зависит от качества сетевого напряжения. Для наших сетей это актуально. Но не только это. Такое свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и в некоторых странах Европы отличаются. Не кардинально, но отличается напряжение, частота. А зарядки работают в любой из них — практично и удобно.

Размер тоже имеет значение

Кроме того импульсники имеют высокий КПД — до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, в то время как в трансформаторных много энергии уходит на непродуктивный нагрев. Также ИБП меньше стоят, но при этом надежны. При небольших размерах позволяют получить широкий диапазон мощностей.

Но импульсный блок питания имеет серьезные недостатки. Первый — они создают высокочастотные помехи. Это заставляет ставить на входе сетевые фильтры. И даже они не всегда справляются с задачей. Именно поэтому некоторые устройства, особо требовательные к качеству электропитания, работают только от линейных БП. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет ограничение по минимальной нагрузке. Если подключенное устройство обладает мощностью ниже этого предела, схема просто не будет работать.

Купить высоковольтные конденсаторы у производителей

Производством высоковольтных конденсаторов занимаются такие компании:

• Aerovox Corp.. Американская фирма, занимающаяся изготовлением пленочных высоковольтных конденсаторов для электродвигателей, микроволновых печей, кондиционеров, дефибрилляторов;
• AISHI. Компания считается лидером в производстве алюминиевых электролитических конденсаторов;
• American Technical Ceramics (ATC). Основная специализация компании – керамические конденсаторы, резисторы, индуктивности и изделия из многослойной керамики;
• ARCOTRONICS ITALIA SPA. Фирма специализируется на производстве пластиковых пленочных конденсаторов. Кроме того, занимается изготовлением танталовых конденсаторов, фильтров для подавления электромагнитных шумов;
• BHC Components. До сих пор является европейским лидером в производстве алюминиевых электролитических конденсаторов.

Больше о высоковольтных конденсаторах разного типа можно узнать на выставке «Электро».

Низковольтное оборудованиеРегулирующая аппаратураЭлектрическое оборудование

Заключение

В завершение разговора об органических полимерных конденсаторах отметим, что полимерные и основанные на сходных технологиях конденсаторы имеют широчайшую область, точнее, даже области применения. Граница разделения тут в основном проходит по типу корпуса. Чипированные изделия применяются в индустрии ВЧ, в то время как основная область применения выводных конденсаторов — это сильноточная техника. Силовые приводы электротранспорта, генераторы энергии, мощные импульсные устройства, источники питания, промышленные индукционные установки и сварка, мощные лазеры и сильноточная техника военного применения.

Основными производителями полимерных конденсаторов являются AVX и его подразделение TPC (Thomson Passive Component), Spectrum Advanced Specialty Products, Pilkor Electronics Co., Elpac Components, Wima, Eurofarad, Vishay Intertechnology, Seacor, Kemet, Faratronic Co. Ltd., Ixis, Cornell Dubilier, Epcos, TDK, JARO Components Ink., Electronicon Kondensatoren Gmbh., Exxelia, Sprague-Goodman Electronics Inc., Electronic Concepts Inc., American Capacitor Corporation, EFC Wesko, Richey, Southern Electronics Inc., Susco, RTI Electronics, TSC Electronics, Suntan.

Статья опубликована в №6’2020 журнала «Компоненты и технологии»