Ένας ηλεκτρικός πυκνωτής είναι μια συσκευή που μπορεί να αποθηκεύσει φορτίο και ενέργεια από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Βασικά, αποτελείται από ένα ζεύγος αγωγών (πλάκες) που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό στρώμα. Το πάχος του διηλεκτρικού είναι πάντα πολύ μικρότερο από το μέγεθος των πλακών. Σε ηλεκτρικά ισοδύναμα κυκλώματα, ο πυκνωτής υποδεικνύεται με 2 κατακόρυφα παράλληλα τμήματα (II).
Βασικές ποσότητες και μονάδες μέτρησης
Υπάρχουν πολλές βασικές ποσότητες που ορίζουν έναν πυκνωτή. Ένα από αυτά είναι η χωρητικότητά του (λατινικό γράμμα C), και το δεύτερο είναι η τάση λειτουργίας (Λατινικό U). Η ηλεκτρική χωρητικότητα (ή απλά η χωρητικότητα) στο σύστημα SI μετράται σε farads (F). Επιπλέον, ως μονάδα χωρητικότητας, 1 φαράντ - αυτό είναι πολύ - σχεδόν ποτέ δεν χρησιμοποιείται στην πράξη. Για παράδειγμα, το ηλεκτρικό φορτίο του πλανήτη Γη είναι μόνο 710 μικροφαράντ. Επομένως, η ηλεκτρική χωρητικότητα των πυκνωτών στις περισσότερες περιπτώσεις μετριέται σε ποσότητες που προέρχονται από το farad: σε picofarads (pF) με πολύ μικρή τιμή χωρητικότητας (1 pF=1/106µF), σε μικροφαράδες (μF) στην αρκετά μεγάλη τιμή του (1 uF=1/106 F). Για να υπολογιστεί η ηλεκτρική χωρητικότητα, είναι απαραίτητοδιαιρέστε την ποσότητα φορτίου που συσσωρεύεται μεταξύ των πλακών με το μέτρο της διαφοράς δυναμικού μεταξύ τους (τάση στον πυκνωτή). Το φορτίο του πυκνωτή σε αυτή την περίπτωση είναι το φορτίο που συσσωρεύεται σε μία από τις πλάκες της εν λόγω συσκευής. Σε 2 αγωγούς της συσκευής, είναι πανομοιότυποι σε συντελεστή, αλλά διαφέρουν ως προς το πρόσημο, επομένως το άθροισμά τους είναι πάντα ίσο με μηδέν. Το φορτίο ενός πυκνωτή μετριέται σε κουλόμπ (C) και συμβολίζεται με το γράμμα Q.
Τάση σε ηλεκτρική συσκευή
Μία από τις πιο σημαντικές παραμέτρους της συσκευής που εξετάζουμε είναι η τάση διάσπασης - η διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο αγωγών του πυκνωτή, που οδηγεί σε ηλεκτρική διάσπαση του διηλεκτρικού στρώματος. Η μέγιστη τάση στην οποία δεν υπάρχει διάσπαση της συσκευής καθορίζεται από το σχήμα των αγωγών, τις ιδιότητες του διηλεκτρικού και το πάχος του. Οι συνθήκες λειτουργίας υπό τις οποίες η τάση στις πλάκες της ηλεκτρικής συσκευής πλησιάζει την τάση διακοπής είναι απαράδεκτες. Η κανονική τάση λειτουργίας στον πυκνωτή είναι αρκετές φορές μικρότερη από την τάση διακοπής (δύο έως τρεις φορές). Επομένως, κατά την επιλογή, δώστε προσοχή στην ονομαστική τάση και χωρητικότητα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η αξία αυτών των ποσοτήτων αναγράφεται στην ίδια τη συσκευή ή στο διαβατήριο. Η συμπερίληψη ενός πυκνωτή στο δίκτυο για τάση που υπερβαίνει την ονομαστική τάση απειλεί να καταρρεύσει και μια απόκλιση της τιμής χωρητικότητας από την ονομαστική τιμή μπορεί να οδηγήσει σε απελευθέρωση υψηλότερων αρμονικών στο δίκτυο και υπερθέρμανση της συσκευής.
Εμφάνιση πυκνωτών
Ο σχεδιασμός των πυκνωτών μπορεί να είναιτο πιο ποικίλο. Εξαρτάται από την τιμή της ηλεκτρικής χωρητικότητας της συσκευής και τον σκοπό της. Οι παράμετροι της εξεταζόμενης συσκευής δεν πρέπει να επηρεάζονται από εξωτερικούς παράγοντες, επομένως, οι πλάκες είναι διαμορφωμένες με τέτοιο τρόπο ώστε το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από τα ηλεκτρικά φορτία να συγκεντρώνεται σε ένα μικρό κενό μεταξύ των αγωγών του πυκνωτή. Επομένως, μπορεί να αποτελούνται από δύο ομόκεντρες σφαίρες, δύο επίπεδες πλάκες ή δύο ομοαξονικούς κυλίνδρους. Επομένως, οι πυκνωτές μπορεί να είναι κυλινδρικοί, σφαιρικοί και επίπεδοι ανάλογα με το σχήμα των αγωγών.
Μόνιμοι πυκνωτές
Ανάλογα με τη φύση της αλλαγής της ηλεκτρικής χωρητικότητας, οι πυκνωτές χωρίζονται σε συσκευές με σταθερή, μεταβλητή χωρητικότητα ή τρίμερ. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε καθένα από αυτά τα είδη. Οι συσκευές των οποίων η χωρητικότητα δεν αλλάζει κατά τη λειτουργία, δηλαδή είναι σταθερή (η τιμή της χωρητικότητας μπορεί ακόμα να κυμαίνεται εντός αποδεκτών ορίων ανάλογα με τη θερμοκρασία) είναι σταθεροί πυκνωτές. Υπάρχουν επίσης ηλεκτρικές συσκευές που αλλάζουν την ηλεκτρική τους χωρητικότητα κατά τη λειτουργία τους, ονομάζονται μεταβλητές.
Από τι εξαρτάται το C σε έναν πυκνωτή
Η ηλεκτρική χωρητικότητα εξαρτάται από την επιφάνεια των αγωγών της και την απόσταση μεταξύ τους. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να αλλάξετε αυτές τις ρυθμίσεις. Σκεφτείτε έναν πυκνωτή, ο οποίος αποτελείται από δύο τύπους πλακών: κινητές και σταθερές. Οι κινητές πλάκες κινούνται σε σχέση με τις σταθερές, με αποτέλεσμα να αλλάζει η χωρητικότητα του πυκνωτή. Για τη ρύθμιση του αναλογικού χρησιμοποιούνται μεταβλητά ανάλογασυσκευές. Επιπλέον, η χωρητικότητα μπορεί να αλλάξει κατά τη λειτουργία. Οι πυκνωτές κοπής χρησιμοποιούνται στις περισσότερες περιπτώσεις για τον συντονισμό του εργοστασιακού εξοπλισμού, για παράδειγμα, για την εμπειρική επιλογή της χωρητικότητας όταν ο υπολογισμός είναι αδύνατος.
Πυκνωτής στο κύκλωμα
Η εν λόγω συσκευή στο κύκλωμα DC μεταφέρει ρεύμα μόνο τη στιγμή που είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο (στην περίπτωση αυτή, η συσκευή φορτίζεται ή επαναφορτίζεται στην τάση της πηγής). Μόλις ο πυκνωτής φορτιστεί πλήρως, δεν ρέει ρεύμα μέσα από αυτόν. Όταν η συσκευή είναι συνδεδεμένη σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, οι διαδικασίες εκφόρτισης και φόρτισής της εναλλάσσονται μεταξύ τους. Η περίοδος της εναλλαγής τους είναι ίση με την περίοδο ταλάντωσης της εφαρμοζόμενης ημιτονοειδούς τάσης.
Χαρακτηριστικά πυκνωτών
Ο πυκνωτής, ανάλογα με την κατάσταση του ηλεκτρολύτη και το υλικό από το οποίο αποτελείται, μπορεί να είναι ξηρός, υγρός, οξείδιο-ημιαγωγός, οξείδιο-μέταλλο. Οι υγροί πυκνωτές ψύχονται καλά, αυτές οι συσκευές μπορούν να λειτουργούν υπό σημαντικά φορτία και έχουν μια τόσο σημαντική ιδιότητα όπως η διηλεκτρική αυτο-ίαση κατά τη διάρκεια της βλάβης. Οι θεωρούμενες ηλεκτρικές συσκευές ξηρού τύπου έχουν αρκετά απλό σχεδιασμό, ελαφρώς μικρότερη απώλεια τάσης και ρεύμα διαρροής. Προς το παρόν, οι συσκευές στεγνώματος είναι οι πιο δημοφιλείς. Το κύριο πλεονέκτημα των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών είναι το χαμηλό κόστος, το συμπαγές μέγεθος και η υψηλή ηλεκτρική χωρητικότητα. Τα ανάλογα οξειδίων είναι πολικά (η λανθασμένη σύνδεση οδηγεί σε βλάβη).
Πώς να συνδεθείτε
Η σύνδεση ενός πυκνωτή σε ένα κύκλωμα DC έχει ως εξής: το συν (άνοδος) της πηγής ρεύματος συνδέεται με το ηλεκτρόδιο, το οποίο καλύπτεται με μια μεμβράνη οξειδίου. Η μη συμμόρφωση με αυτήν την απαίτηση μπορεί να οδηγήσει σε διηλεκτρική βλάβη. Αυτός είναι ο λόγος που οι πυκνωτές υγρού πρέπει να συνδέονται σε ένα κύκλωμα με πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος, που συνδέει δύο πανομοιότυπα τμήματα σε αντίθετες σειρές. Ή εφαρμόστε ένα στρώμα οξειδίου και στα δύο ηλεκτρόδια. Έτσι, λαμβάνεται μια μη πολική ηλεκτρική συσκευή, που λειτουργεί σε δίκτυα με συνεχές και ημιτονοειδές ρεύμα. Αλλά και στις δύο περιπτώσεις, η προκύπτουσα χωρητικότητα γίνεται η μισή. Οι μονοπολικοί ηλεκτρικοί πυκνωτές είναι μεγάλοι, αλλά μπορούν να συμπεριληφθούν σε κυκλώματα AC.
Κύρια εφαρμογή πυκνωτών
Η λέξη "πυκνωτής" μπορεί να ακουστεί από εργάτες διαφόρων βιομηχανικών επιχειρήσεων και ινστιτούτων σχεδιασμού. Έχοντας ασχοληθεί με την αρχή της λειτουργίας, τα χαρακτηριστικά και τις φυσικές διεργασίες, θα μάθουμε γιατί χρειάζονται πυκνωτές, για παράδειγμα, σε συστήματα τροφοδοσίας; Σε αυτά τα συστήματα, οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή και την ανακατασκευή σε βιομηχανικές επιχειρήσεις για να αντισταθμίσουν την άεργο ισχύ του RFC (εκφόρτωση του δικτύου από ανεπιθύμητες υπερχειλίσεις), που μειώνει το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας, εξοικονομεί προϊόντα καλωδίων και παρέχει ηλεκτρική ενέργεια καλύτερης ποιότητας στον καταναλωτή.. Η βέλτιστη επιλογή ισχύος, μεθόδου και τόπου σύνδεσης πηγών αέργου ισχύος (Q) σε δίκτυα συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας (EPS) παρέχεισημαντικές επιπτώσεις στην οικονομική και τεχνική απόδοση του EPS. Υπάρχουν δύο τύποι KRM: εγκάρσια και διαμήκης. Με εγκάρσια αντιστάθμιση, οι συστοιχίες πυκνωτών συνδέονται με τους ζυγούς του υποσταθμού παράλληλα με το φορτίο και ονομάζονται shunt (SHBK). Με τη διαμήκη αντιστάθμιση, οι μπαταρίες περιλαμβάνονται στο κόψιμο της γραμμής τροφοδοσίας και ονομάζονται SPC (διαμήκεις συσκευές αντιστάθμισης). Οι μπαταρίες αποτελούνται από μεμονωμένες συσκευές που μπορούν να συνδεθούν με διάφορους τρόπους: πυκνωτές συνδεδεμένους σε σειρά ή παράλληλα. Καθώς ο αριθμός των συσκευών που συνδέονται σε σειρά αυξάνεται, η τάση αυξάνεται. Το APC χρησιμοποιείται επίσης για την εξίσωση των φορτίων κατά φάσεις, την αύξηση της παραγωγικότητας και της απόδοσης των καμίνων τόξου και μεταλλεύματος (όταν το APC ενεργοποιείται μέσω ειδικών μετασχηματιστών).
Στα ισοδύναμα κυκλώματα των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας με τάσεις πάνω από 110 kV, η χωρητική αγωγιμότητα προς τη γη συμβολίζεται ως πυκνωτές. Η τροφοδοσία της γραμμής οφείλεται στην χωρητικότητα μεταξύ των αγωγών διαφορετικών φάσεων και στην χωρητικότητα που σχηματίζεται από το καλώδιο φάσης και τη γείωση. Επομένως, για τον υπολογισμό των τρόπων λειτουργίας του δικτύου, τις παραμέτρους των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και τον προσδιορισμό των σημείων ζημιάς στο ηλεκτρικό δίκτυο, χρησιμοποιούνται οι ιδιότητες του πυκνωτή.
Περισσότερες εφαρμογές
Επίσης, αυτός ο όρος μπορεί να ακουστεί από τους εργαζόμενους σιδηροδρόμων. Γιατί χρειάζονται πυκνωτές; Στις ηλεκτρικές ατμομηχανές και τις ατμομηχανές ντίζελ, αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται για τη μείωση του σπινθήρα των επαφών των ηλεκτρικών συσκευών, την εξομάλυνση του παλμικού ρεύματος που παράγεται από τους ανορθωτές και το παλμικόδιακόπτες, καθώς και για τη δημιουργία μιας συμμετρικής ημιτονοειδούς τάσης που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία ηλεκτρικών κινητήρων.
Ωστόσο, αυτή η λέξη ακούγεται πιο συχνά από τα χείλη ενός ραδιοερασιτέχνη. Γιατί χρειάζεται πυκνωτές; Στη ραδιομηχανική, χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας, αποτελούν μέρος φίλτρων εξομάλυνσης, τροφοδοτικών, ενισχυτών και πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων.
Στο ντουλαπάκι κάθε οδηγού μπορείτε να βρείτε μερικές από αυτές τις ηλεκτρικές συσκευές. Γιατί χρειάζονται πυκνωτές σε ένα αυτοκίνητο; Εκεί χρησιμοποιούνται στον ενισχυτικό εξοπλισμό ακουστικών συστημάτων για αναπαραγωγή ήχου υψηλής ποιότητας.
