Kondensatory do instalacji elektrycznych prądu przemiennego

W artykule „Kondensatory: cel, urządzenie, zasada działania” Mówiono o kondensatorach elektrolitycznych. Stosowane są głównie w obwodach prądu stałego, jako pojemności filtrów w prostownikach. Nie mogą się również obejść bez odłączenia obwodów zasilania kaskad tranzystorów, stabilizatorów i filtrów tranzystorowych. Co więcej, jak powiedziano w artykule, nie pozwalają one na prąd stały, ale nie chcą pracować na prądzie przemiennym.

W obwodach prądu przemiennego istnieją kondensatory niepolarne, a wiele z ich typów wskazuje, że warunki pracy są bardzo zróżnicowane. W przypadkach, gdy wymagana jest wysoka stabilność parametrów, a częstotliwość jest wystarczająco wysoka, stosuje się kondensatory powietrzne i ceramiczne.

Parametry takich kondensatorów podlegają podwyższonym wymaganiom. Przede wszystkim jest to wysoka dokładność (niska tolerancja), a także nieznaczny współczynnik temperaturowy pojemności TKE. Z reguły takie kondensatory są umieszczane w obwodach oscylacyjnych odbiorczego i nadawczego urządzenia radiowego.

Jeśli częstotliwość jest mała, na przykład częstotliwość sieci oświetleniowej lub częstotliwość zakresu dźwięku, możliwe jest użycie papieru i kondensatorów papierowych.

Papierowe kondensatory dielektryczne pokryte są cienką metalową folią, najczęściej aluminium. Grubość płytek waha się między 5 ... 10 μm, co zależy od konstrukcji kondensatora. Dielektryk bibuły kondensatorowej impregnowanej kompozycją izolacyjną jest osadzony między płytami.

Aby zwiększyć napięcie robocze kondensatora, papier można układać w kilku warstwach. Całe opakowanie jest skręcone jak dywan i umieszczone w okrągłej lub prostokątnej skrzynce. W tym przypadku oczywiście wyciąga się wnioski z płytek, a przypadek takiego kondensatora nie jest do niczego podłączony.

Kondensatory papierowe są stosowane w obwodach niskiej częstotliwości przy wysokich napięciach roboczych i znacznych prądach. Jednym z tych bardzo powszechnych zastosowań jest włączenie silnika trójfazowego do sieci jednofazowej.

W kondensatorach metalowo-papierowych rolę płytek odgrywa cienka warstwa metalu natryskiwana próżniowo na papier kondensatorowy, wszystkie z tego samego aluminium. Konstrukcja kondensatorów jest taka sama jak papierowa, jednak wymiary są znacznie mniejsze. Zakres obu typów jest w przybliżeniu taki sam: obwody prądu stałego, pulsującego i prądu przemiennego.

Konstrukcja papierowych i metalowych kondensatorów papierowych oprócz pojemności zapewnia tym kondensatorom znaczną indukcyjność. Prowadzi to do tego, że przy pewnej częstotliwości kondensator papierowy zamienia się w rezonansowy obwód oscylacyjny. Dlatego takie kondensatory są używane tylko przy częstotliwościach nie większych niż 1 MHz. Ryc. 1 pokazuje papier i kondensatory papierowe wyprodukowane w ZSRR.

Rycina 1 Papier i kondensatory papierowe do obwodów prądu przemiennego

Starożytne kondensatory metalowo-papierowe miały właściwość samoleczenia po awarii. Były to kondensatory typu MBG i MBGCH, ale teraz zostały zastąpione kondensatorami z ceramicznym lub organicznym dielektrykiem typu K10 lub K73.

W niektórych przypadkach, na przykład w analogowych urządzeniach magazynujących lub w inny sposób, w urządzeniach do próbkowania-przechowywania (SEC), na kondensatory nakładane są specjalne wymagania, w szczególności niski prąd upływowy. Następnie na ratunek przychodzą kondensatory, których dielektryki wykonane są z materiałów o wysokiej rezystancji. Przede wszystkim są to kondensatory fluoroplastyczne, polistyrenowe i polipropylenowe.Nieco niższy opór izolacji w kondensatorach mikowych, ceramicznych i poliwęglanowych.

Te same kondensatory są stosowane w obwodach pulsacyjnych, gdy wymagana jest wysoka stabilność. Przede wszystkim do tworzenia różnych opóźnień czasowych, impulsów o określonym czasie trwania, a także do ustawiania częstotliwości roboczych różnych generatorów.

Aby parametry czasowe obwodu były jeszcze bardziej stabilne, w niektórych przypadkach zaleca się stosowanie kondensatorów o podwyższonym napięciu roboczym: nie ma nic złego w instalowaniu kondensatora o napięciu roboczym 400 lub nawet 630 V w obwodzie 12 V. Taki kondensator zajmie oczywiście więcej miejsc, ale stabilność całego obwodu również wzrośnie.

Pojemność elektryczna kondensatorów jest mierzona w faradach F (F), ale ta wartość jest bardzo duża. Wystarczy powiedzieć, że pojemność globu nie przekracza 1F. W każdym razie dokładnie tak jest napisane w podręcznikach fizyki. 1 Farad to pojemność, przy której przy ładunku q na 1 zawieszkę różnica potencjałów (napięcie) na płytkach kondensatora wynosi 1 V.

Wynika to z tego, co właśnie powiedziano, że Farada jest bardzo dużą wartością, dlatego w praktyce częściej stosuje się mniejsze jednostki: mikrofarady (μF, μF), nanofarady (nF, nF) i pikofarady (pF, pF). Wartości te są uzyskiwane za pomocą ułamkowych i wielokrotnych prefiksów, które pokazano w tabeli na ryc. 2.

Rycina 2

Nowoczesne części stają się coraz mniejsze, dlatego nie zawsze można na nich umieszczać pełne oznaczenia, coraz częściej używają różnych systemów symboli. Wszystkie te systemy w formie tabel i objaśnień można znaleźć w Internecie. W kondensatorach przeznaczonych do montażu SMD najczęściej nie ma żadnych znaków. Ich parametry można odczytać na opakowaniu.

Aby dowiedzieć się, jak zachowują się kondensatory w obwodach prądu przemiennego, proponuje się kilka prostych eksperymentów. Jednocześnie nie ma specjalnych wymagań dotyczących kondensatorów. Najpopularniejsze papierowe lub kondensatory papierowe są całkiem odpowiednie.

Kondensatory przewodzą prąd przemienny

Aby to sprawdzić z pierwszej ręki, wystarczy złożyć prosty schemat pokazany na rysunku 3.

Rycina 3

Najpierw musisz włączyć lampę poprzez kondensatory C1 i C2 połączone równolegle. Lampa będzie świecić, ale niezbyt jasno. Jeśli dodamy teraz kolejny kondensator C3, wówczas luminescencja lampy znacznie wzrośnie, co wskazuje, że kondensatory są odporne na przepływ prądu przemiennego. Ponadto połączenie równoległe, tj. wzrost pojemności, odporność ta maleje.

Stąd wniosek: im większa pojemność, tym niższa oporność kondensatora na przepływ prądu przemiennego. Opór ten nazywa się pojemnościowym i jest określany we wzorach jako Xc. Xc zależy również od częstotliwości prądu, im wyższa, tym mniej Xc. Zostanie to omówione później.

Innego doświadczenia można dokonać za pomocą licznika energii elektrycznej, po uprzednim odłączeniu wszystkich odbiorców. Aby to zrobić, musisz podłączyć równolegle trzy kondensatory 1 μF i po prostu podłączyć je do gniazdka elektrycznego. Oczywiście trzeba bardzo uważać, a nawet lutować standardową wtyczkę do kondensatorów. Napięcie robocze kondensatorów musi wynosić co najmniej 400 V.

Po tym połączeniu wystarczy po prostu obserwować miernik, aby upewnić się, że stoi w miejscu, chociaż szacuje się, że taki kondensator ma równoważną oporność na żarówkę o mocy około 50 W. Pytanie brzmi: dlaczego nie obraca licznika? Zostanie to również omówione w następnym artykule.

Boris Aladyshkin