Конденсаторы находят множество применений в электронных и электрических системах. Они настолько распространены, что редко бывает, что электрический продукт не включает хотя бы один для какой-либо цели.
Хранение энергии [ править ]
Конденсатор может накапливать электрическую энергию, когда он подключен к его зарядной цепи. А когда он отключен от цепи зарядки, он может рассеивать накопленную энергию, поэтому его можно использовать как временный аккумулятор . Конденсаторы обычно используются в электронных устройствах для поддержания питания во время замены батарей. (Это предотвращает потерю информации в энергозависимой памяти.)
Обычные электростатические конденсаторы обеспечивают менее 360 джоулей на килограмм плотности энергии, в то время как конденсаторы с использованием технологии развивающуюся может обеспечить более 2,52 кг джоуль на килограмм. [1]
В автомобильных аудиосистемах большие конденсаторы накапливают энергию для использования усилителем по требованию.
Источник бесперебойного питания (ИБП) может быть оснащен необслуживаемыми конденсаторами для продления срока службы . [2]
Импульсная сила и оружие [ править ]
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 , исследования термоядерного синтеза 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 или койлганов .
Кондиционирование питания [ править ]
Резервуарные 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 цепям питания постоянного тока большинства электронных устройств для сглаживания колебаний тока 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 [ править ]
При распределении электроэнергии конденсаторы используются для коррекции коэффициента мощности. Такие конденсаторы часто представляют собой три конденсатора, подключенных к трехфазной электрической нагрузке. Обычно значения этих конденсаторов указываются не в фарадах, а скорее как реактивная мощность в вольт-амперах реактивной мощности (ВАр). Цель состоит в том, чтобы противодействовать индукционной нагрузке от таких устройств, как асинхронный двигатель, 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 электрической подстанции. В системах передачи постоянного тока высокого напряжения,Конденсаторы коррекции коэффициента мощности могут иметь настраиваемые индукторы для подавления гармонических токов, которые в противном случае были бы введены в систему питания переменного тока.
Подавление и связь [ править ]
Конденсаторы, используемые для подавления нежелательных частот, иногда называют конденсаторами фильтра . Они распространены в электрическом и электронном оборудовании и охватывают ряд приложений, таких как:
- Устранение сбоев на шинах питания постоянного тока (DC)
- Устранение радиочастотных помех (RFI) для сигнальных или силовых линий, входящих или выходящих из оборудования
- Конденсаторы, используемые после регулятора напряжения для дальнейшего сглаживания источников питания постоянного тока
- Конденсаторы, используемые в звуковых, промежуточных (IF) или радиочастотных (RF) фильтрах (например, фильтр нижних частот, верхних частот, режекторный фильтр и т. Д.)
- Подавление дуги , например, через прерыватель контактов или «точки» в двигателе с искровым зажиганием.
Связь сигналов [ править ]
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 в сигнале. 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.
Разъединение [ править ]
Конденсатор развязки - это конденсатор, используемый для развязки одной части схемы от другой. 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 цепи с высоким импедансом.
Фильтры высоких и низких частот [ править ]
Фильтр верхних частот (ФВЧ) представляет собой электронный фильтр , который пропускает сигналы с частотой выше , чем определенная частотой среза и ослабляют сигналы с частотами ниже частоты среза. Величина ослабления для каждой частоты зависит от конструкции фильтра. Фильтр верхних частот обычно моделируется как линейная система, не зависящая от времени. Иногда его называют фильтром низких или низких частот. [1] Фильтры верхних частот имеют множество применений, например, блокируют постоянный ток от схем, чувствительных к ненулевым средним напряжениям, или радиочастотным устройствам. Их также можно использовать вместе с фильтром нижних частот для создания полосового фильтра.
Фильтр низких частот (ФНЧ) представляет собой фильтр , который пропускает сигналы с частотой ниже выбранной частоты среза и ослабляет сигналы с частотами выше частоты среза. Точная частотная характеристика фильтра зависит от конструкции фильтра. Фильтр иногда называют фильтром верхних частот или [[ [3] ]] в аудиоприложениях. Фильтр нижних частот является дополнением к фильтру верхних частот.
Шумовые фильтры и демпферы [ править ]
Когда индуктивная цепь разомкнута, ток через индуктивность быстро падает, создавая большое напряжение в разомкнутой цепи переключателя или реле. Если индуктивность достаточно велика, энергия будет генерировать электрическую искру , в результате чего точки контакта будут окисляться, портиться или иногда свариваться вместе, или разрушать твердотельный переключатель. Демпфирующий конденсатор через вновь открытой цепи создает путь для этого импульса в обход точек 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 равно будет излучаться нежелательное излучение.радиочастотные помехи (RFI), которые поглощает конденсатор фильтра . Демпферные конденсаторы обычно используются с последовательно включенным резистором с малым 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 вывод устройства, если он поляризован (см. Электролитический конденсатор ).
Подавление двигателя постоянного тока [ править ]
Керамические дисковые конденсаторы обычно используются в демпфирующих цепях для низковольтных двигателей из- за их низкой индуктивности и низкой стоимости.
Фильтрация импульсного источника питания [ править ]
Электролитические компоненты с низким ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) часто требуются для обработки высоких пульсаций тока .
Фильтрация сети [ править ]
Конденсаторы сетевого фильтра обычно представляют собой герметизированные, намотанные пластиковой пленкой, поскольку они обеспечивают высокое номинальное напряжение при низкой стоимости и могут быть выполнены самовосстанавливающимися и плавкими. Конденсаторы сетевого фильтра часто представляют собой керамические конденсаторы для подавления радиочастотных / электромагнитных помех . Дополнительные требования безопасности при фильтрации сети:
- Конденсаторы между фазой и нейтралью являются негорючими, поэтому в Европе необходимо использовать диэлектрики класса X.
- Линия или нейтраль относительно земли: должны быть огнестойкими; кроме того, диэлектрик должен быть самовосстанавливающимся и плавким. В Европе это конденсаторы класса Y.
Фильтрация шины питания [ править ]
Электролитические конденсаторы обычно используются из-за большой емкости при низкой стоимости и небольшом размере. Более мелкие неэлектролитики могут использоваться параллельно с ними, чтобы компенсировать плохую работу электролитиков на высоких частотах.
В компьютерах используется большое количество фильтрующих конденсаторов, поэтому размер является важным фактором. Твердые танталовые и влажные танталовые конденсаторы предлагают одни из лучших характеристик CV (емкость / напряжение) в одной из наиболее эффективных с точки зрения объема упаковок. Высокие токи и низкие напряжения также делают важным низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Твердотельные танталовые конденсаторыпредлагают версии с низким ESR, которые часто могут соответствовать требованиям ESR, но они не являются самым низким вариантом ESR среди всех конденсаторов. У твердых танталов есть дополнительная проблема, которую необходимо решить на стадии проектирования. Твердотельные танталовые конденсаторы должны иметь пониженное напряжение во всех областях применения. Снижение номинального напряжения на 50% рекомендуется и обычно считается отраслевым стандартом; например, твердотельный танталовый конденсатор на 50 В никогда не должен подвергаться действительному приложению напряжения выше 25 В. Твердотельные танталовые конденсаторы являются очень надежными компонентами при условии должного ухода и тщательного соблюдения всех рекомендаций по проектированию. К сожалению, механизм отказа твердотельного танталового конденсатора - короткое замыкание, которое приведет к сильному возгоранию и дыму на печатной плате, способному повредить другие компоненты в непосредственной близости, а также полностью разрушить конденсатор.К счастью, большинство отказов твердотельных танталовых конденсаторов будут немедленно и очень очевидными. После использования твердотельный танталовый конденсатор со временем улучшится, а вероятность отказа из-за неправильного изготовления компонентов уменьшится. Влажный тантал представляет собой тип электролитического конденсатора, в котором используется танталовая таблетка в электролитическом материале, запечатанном в герметичной упаковке. Этот тип танталового конденсатора не требует такого же снижения характеристик, как твердый тантал, и его механизм отказа открыт. Кривая снижения напряжения от 10% до 20% рекомендуется для влажного тантала при работе от 85 ° C до 125 ° C. Влажный тантал обычно не называют просто «электролитическим», потому что обычно «электролитический» относится к алюминиевым электролитам.После использования твердотельный танталовый конденсатор со временем улучшится, а вероятность отказа из-за неправильного изготовления компонентов уменьшится. Влажный тантал представляет собой тип электролитического конденсатора, в котором используется танталовая таблетка в электролитическом материале, запечатанном в герметичной упаковке. Этот тип танталового конденсатора не требует такого же снижения характеристик, как твердый тантал, и его механизм отказа открыт. Кривая снижения напряжения от 10% до 20% рекомендуется для влажного тантала при работе от 85 ° C до 125 ° C. Влажный тантал обычно не называют просто «электролитическим», потому что обычно «электролитический» относится к алюминиевым электролитам.После использования твердотельный танталовый конденсатор со временем улучшится, а вероятность отказа из-за неправильного изготовления компонентов уменьшится. Влажный тантал представляет собой тип электролитического конденсатора, в котором используется танталовая таблетка в электролитическом материале, запечатанном в герметичной упаковке. Этот тип танталового конденсатора не требует такого же снижения характеристик, как твердый тантал, и его механизм отказа открыт. Кривая снижения напряжения от 10% до 20% рекомендуется для влажного тантала при работе от 85 ° C до 125 ° C. Влажный тантал обычно не называют просто «электролитическим», потому что обычно «электролитический» относится к алюминиевым электролитам.Влажный тантал представляет собой тип электролитического конденсатора, в котором используется танталовая таблетка в электролитическом материале, запечатанном в герметичной упаковке. Этот тип танталового конденсатора не требует такого же снижения характеристик, как твердый тантал, и его механизм отказа открыт. Кривая снижения напряжения от 10% до 20% рекомендуется для влажного тантала при работе от 85 ° C до 125 ° C. Влажный тантал обычно не называют просто «электролитическим», потому что обычно «электролитический» относится к алюминиевым электролитам.Влажный тантал представляет собой тип электролитического конденсатора, в котором используется танталовая таблетка в электролитическом материале, запечатанном в герметичной упаковке. Этот тип танталового конденсатора не требует такого же снижения характеристик, как твердый тантал, и его механизм отказа открыт. Кривая снижения напряжения от 10% до 20% рекомендуется для влажного тантала при работе от 85 ° C до 125 ° C. Влажный тантал обычно не называют просто «электролитическим», потому что обычно «электролитический» относится к алюминиевым электролитам.Влажный тантал обычно не называют просто «электролитическим», потому что обычно «электролитический» относится к алюминиевым электролитам.Влажный тантал обычно не называют просто «электролитическим», потому что обычно «электролитический» относится к алюминиевым электролитам.
Стартеры двигателя [ править ]
В однофазных двигателях с короткозамкнутым ротором первичная обмотка в корпусе двигателя не может начать вращательное движение ротора, но может его поддерживать. Для запуска двигателя используется вторичная обмотка последовательно с неполяризованным пусковым конденсатором.ввести запаздывание синусоидального тока через пусковую обмотку. Когда вторичная обмотка расположена под углом к первичной 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 на корпусе двигателя. Они называются двигателями с конденсаторным пуском и имеют относительно высокий пусковой момент.
Существуют также асинхронные двигатели с конденсаторным приводом, которые имеют постоянно подключенный фазосдвигающий конденсатор, соединенный последовательно со второй обмоткой. Двигатель очень похож на двухфазный асинхронный двигатель.
Пусковые конденсаторы электродвигателя обычно неполяризованного электролитического типа, в то время как рабочие конденсаторы - это обычные бумажные или пластиковые диэлектрические пленки .
Обработка сигнала [ править ]
Энергия, хранящаяся в конденсаторе, может использоваться для представления информации либо в двоичной форме, как в DRAM , либо в аналоговой форме, как в аналоговых дискретизированных фильтрах и ПЗС устройств с зарядовой связью . 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 [ править ]
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.
Ощущение [ править ]
Большинство конденсаторов предназначены для поддержания фиксированной физической структуры. Однако различные факторы могут изменить структуру конденсатора; в результате изменение емкости может быть использовано для ощущать эти факторы.
Замена диэлектрика [ править ]
Эффекты изменения характеристик диэлектрика также можно использовать для измерения и измерения. 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.
Изменение расстояния между пластинами [ править ]
Конденсатор с гибкой пластиной можно использовать для измерения деформации, давления или веса .
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 микроэлектромеханических систем (MEMS), вытравленные на микросхеме, для измерения величины и направления вектора ускорения. Они используются для обнаружения изменений ускорения, например, как датчики наклона или для обнаружения свободного падения, как датчики, запускающие срабатывание подушки безопасности , и во многих других приложениях. В некоторых датчиках отпечатков пальцев используются конденсаторы.
Изменение полезной площади пластин [ править ]
Емкостные сенсорные переключатели теперь используются во многих бытовых электронных продуктах.
Осцилляторы [ править ]
Конденсатор может обладать пружинными качествами 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.
Опасности и безопасность [ править ]
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 для фотоаппарата, питаемая от 1,5-вольтовой батареи AA, содержит конденсатор, который может быть заряжен до более чем 300 вольт. Это легко может вызвать шок. Процедуры обслуживания электронных устройств обычно включают инструкции по разрядке больших или высоковольтных конденсаторов. 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.
Некоторые старые, большие конденсаторы, заполненные маслом, 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. Конденсаторы с ПХБ используются в очень старых (до 1975 года) балластах люминесцентных ламп и в других устройствах.
Высоковольтные 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 может привести к вздутию, разрыву или даже взрыву. Конденсаторы, используемые в ВЧ-устройствах или в системах с длительным током, могут перегреваться, особенно в центре катушек конденсаторов. 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 может быть полезна предварительная зарядка для ограничения пусковых токов при включении цепей постоянного тока высокого напряжения (HVDC). Это продлит срок службы компонента и может снизить опасность высокого напряжения.
См. Также [ править ]
- Удаление глюков
Ссылки [ править ]
- ^ Автомобильное решение нового поколения? Ученые расширяют возможности использования электростатического конденсатора. Архивировано 29 апреля 2009 года на Wayback Machine.
- ^ industrial-europe.com [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ высокочастотный фильтр
