Какую роль играет конденсатор. Для чего на самом деле нужен конденсатор
Если заглянуть внутрь корпуса любого электроприбора, можно увидеть множество различных компонентов, применяемых в современной схемотехнике. Разобраться, как работают все эти соединенные в единую систему резисторы, транзисторы, диоды и микросхемы, довольно сложно. Однако для того чтобы понять, зачем нужен конденсатор в электрических цепях, достаточно знаний школьного курса физики.
Устройство конденсатора и его свойства
Конденсатор состоит из двух или более электродов – обкладок, между которыми помещен слой диэлектрика. Такая конструкция обладает способностью накапливать электрический заряд при подключении к источнику напряжения. В качестве диэлектрика могут использоваться воздух или твердые вещества: бумага, слюда, керамика, оксидные пленки.
Основная характеристика конденсатора – постоянная или переменная электрическая емкость, измеряемая в фарадах. Она зависит от площади обкладок, зазора между ними и вида диэлектрика. Емкость конденсатора определяет два важнейших его свойства: способность накапливать энергию и зависимость проводимости от частоты пропускаемого сигнала, благодаря которым этот компонент получил широкое применение в электрических цепях.
Накопление энергии
Если подключить плоский конденсатор к источнику постоянного напряжения, на одном из его электродов будут постепенно собираться отрицательные заряды, а на другом – положительные. Данный процесс, называемый зарядкой, показан на рисунке. Его длительность зависит от значений емкости и активного сопротивления элементов цепи.
Наличие диэлектрика между обкладками препятствует протеканию заряженных частиц внутри устройства. Но в самой цепи в это время электрический ток будет существовать до тех пор, пока напряжения на конденсаторе и источнике не станут равны. Теперь, если отключить элемент питания от емкости, она сама будет являться своеобразной батарейкой, способной отдавать энергию в случае подсоединения нагрузки.
Зависимость сопротивления от частоты тока
Подключенный к цепи переменного тока конденсатор будет периодически перезаряжаться в соответствии с изменением полярности питающего напряжения. Таким образом, рассматриваемый электронный компонент, наряду с резисторами и катушками индуктивности, создает сопротивление Rс=1/(2πfC), где f – частота, С – емкость.
Как видно из представленной зависимости, конденсатор обладает высокой проводимостью по отношению к высокочастотным сигналам и слабо проводит низкочастотные. Сопротивление емкостного элемента в цепи постоянного тока будет бесконечно большим, что эквивалентно ее разрыву.
Изучив эти свойства, можно рассмотреть, зачем нужен конденсатор и где он используется.
Где применяются конденсаторы?
- Фильтры – устройства в радиоэлектронных, энергетических, акустических и других системах, предназначенные для пропускания сигналов в определенных диапазонах частот. Например, в обычном зарядном устройстве для мобильного телефона применяются конденсаторы для сглаживания напряжения за счет подавления высокочастотных составляющих.
- Колебательные контуры электронной аппаратуры. Их работа основана на том, что при включении конденсаторов в совокупности с катушкой индуктивности в цепи возникают периодические напряжения и токи.
- Формирователи импульсов, таймеры, аналоговые вычислительные устройства. В работе этих систем используется зависимость времени заряда конденсатора от величины емкости.
- Выпрямители с умножением напряжения, применяемые в том числе в рентгенотехнических установках, лазерах, ускорителях заряженных частиц. Здесь важнейшую роль играет свойство емкостного компонента накапливать энергию, сохранять и отдавать ее.
Конечно, это только самые распространенные устройства, где используются конденсаторы. Без них не обойдется ни одна сложная бытовая, автомобильная, промышленная, телекоммуникационная, силовая электронная аппаратура.
1. Для того чтоб не было просадки напряжения
2. Для устранения помех и пульсаций
Рассмотрим вариант (1):
Из школьного курса физики
1ампер X 1сек = 1 кулон,
1ампер X 1вольт = 1 ватт,
1ампер X 1ом = 1 вольт,
1фарада X 1вольт = 1 кулон.
Таким образом в конденсаторе запасается
1фарад Х 12 вольт = 12 кулон
Существует слух то что для киловаттника хватает 1 фарада (как обычно с потолка)
1000 ватт усилитель это 12 вольт Х 83 Ампер = то есть за 1 секунду 83 кулона
12 \ 83 = за 0,15 секунды разрядится конденсатор (до ноля), если к нему подсоединить усилитель напрямую без аккумулятора.
Но это в идеальном теоретическом расчете на самом деле,
после разряда конденсатора до 9 вольт он уже бесполезен (разряд электролитического конденсатора идет не равномерно, напряжение падает вначале быстро, а затем медленно, очень похоже на АКБ)
и даже если учесть что напряжение может быть 14 вольт все равно теоретически через 0,1 секунды конденсатор перестанет тянуть нагрузку, напряжение упадет ниже 9 вольт (если без АКБ)
НО! У нас происходит постоянная подпитка от аккумулятора (и м.б. генератора)
И конденсатор берет на себя только часть мощности
Какую? Ну если говорить о том что он нужен в любой системе значит 10% точно наверно берет, а если меньше тады *** он нужен?
Ладно 10% это 8 кулон… ну с натяжкой 0,5 секунды он будет реально помогать, а потом, что он есть, что его нет - разницы не будет! (пока громкость не убавишь)
а вдруг на конденсатор еще меньше нагрузка приходится?
Ну пусть 1% (хотя дешевле кабель потолще пробросить чем тратить на конденсатор деньги)
1% это 1 кулон вауу целых 6 секунд будет выполнять функции по энерго подпитке а потом (через 6 секунд громкой музыки) напряжение на усилителе будет таким же как если бы не было конденсатора.
Дык че же тогда получается зачем он этот загадочный конденсатор?
Рассмотрим вариант (2):
А зачем же тогда прожженные аудиофилы ставят конденсаторы?
Ответ прост: хороший конденсатор это оооочень хороший подавитель ВЧ помех (и НЧ конечно) и всякого рода пульсации тока, скачки напряжения при включении вентиляторов, сетевой шум, вот от этого он очень даже спасет.
и когда ваша супер-аудифильская система безукаризненно воспроизводит божественную музыку, вы же нехотите услышать в динамиках, что включился вентилятор двигателя (типа щелчёк), вот для этого и ставят
Аргументы за установку конденсатора выглядят примерно так:
! - у меня фары моргали в такт с музыкой, а теперь после установки конденсатора перестали…
Да так бывает, проблема моргания упирается в плохой аккумулятор и возможно слабый генератор, после установки конденсатора фары моргать не будут они плавно притухнут и так и будут притухшими пока громкость не убавить. Конденсатор в таком режиме долго не проживет, аккумулятор тоже, да и на генератор нагрузка большая.
В таком случае лучше заменить АКБ ведь стоимость конденсатора практически сравнима со стоимостью АКБ.
!: - у меня до установки конденсатора на басах было попёрдывание, а после установки перестало…
Значит усилитель имел поганый блок питания и стоил меньше конденсатора и скорей всего либо проводка либо АКБ не соответствуют нагрузке
Либо то и другое и третье
!: - Я заменил АКБ, поставил 4 конденсатора, а у меня генератор воет как тамбовский волк и фары моргают …
Возможно мощность у системы запредельная, примерно после 1500 Ватт уже можно задумываться о дополнительном специальном генераторе
Возможно будет критика, но все же…
ВЫВОДЫ
1. Учитывая что стоимость хорошего конденсатора сравнима со стоимостью хорошей АКБ, а ток разрядки даже простой АКБ около 300Ампер (3600 Ватт\час),
лучше поставить более емкую и мощную АКБ например оптиму (OPTIMA Batteries) ценою ~6000р. (ток 700-900А) или современный гелевый аккумулятор (как оптима почти) типа "Титан Gel", цена около 4000 (ток 500-600А).
2. Ставить конденсатор обязательно рядом с усилителем, в системе где проложены силовые провода соответствующие мощности, это полный бред, если кондер будет стоять рядом с АКБ или где-нибудь еще (между АКБ и усилителем, да даже если еще где) он будет так же качественно выполнять свою роль.
3. Если кабель питания не соответствует мощности системы, то даже поставив конденсатор рядом с усилителем, на него упадет слишком большая нагрузка, это все равно не решит проблему, это экономически не целесообразно.
4. 1фарад на 1 киловатт тоже соотношение совершенно непонятное, я не могу понять чем будет хуже 0,5 фарад на 1 киловатт или 2 Ф на 1Кв, нет разница конечно будет, но настолько незначительная, что о ней и говорить не надо
(конденсаторы Prology, Mystery, Fusion и т.п. вообще в расчет не берутся т.к. Г-полное
всё несколько проще. В любом вменяемом учебнике, с названием “Электрические машины”, в конце раздела, посвящённого теории асинхронного двигателя, рассматривается вопрос работы асинхронника в однофазном режиме, с различными схемами подключения обмоток. Там же приводятся формулы расчёта ёмкости рабочих и пусковых конденсаторов. Точный расчёт, довольно сложен – нужно знать специфические параметры двигателя. Упрощённая методика расчёта имеет следующий вид: Звезда Сраб = 2800 (Iном / Uсет); Спуск = Сраб 2÷3 (при тяжёлых условиях запуска, кратность 5); Треугольник Сраб = 4800 (Iном / Uсет); Спуск = Сраб 2÷3 (при тяжёлых условиях запуска, кратность 5); где, Сраб – ёмкость рабочего конденсатора, мкФ; Спуск – ёмкость пускового конденсатора, мкФ; Iном – номинальный фазный ток двигателя при номинальной нагрузке, А; Uсет – напряжение сети, к которой будет подключён двигатель, В. Пример расчета. Исходные данные: имеем асинхронный электродвигатель – 4 кВт; схема соединения обмоток –Δ / Y напряжение U – 220 / 380 В; ток I – 8 / 13,9 А. По токам мотора: 8 А – это фазный ток (т.е. ток каждой из трёх обмоток) двигателя на треугольнике и звезде, и он же линейный ток на звезде; 13,9 А – это линейный ток двигателя на треугольнике (в расчётах нам не понадобится). Ну, и, собственно, сам расчёт: Звезда Сраб = 2800 (Iном / Uсет) = 2800 (8 / 220) = 101,8 мкФ Спуск = Сраб 2÷3 = 101,8 2÷3 = 203,6÷305,4 мкФ (при тяжёлых условиях запуска – 509 мкФ) Треугольник Сраб = 4800 (Iном / Uсет) = 4800 (8 / 220) = 174,5 мкФ Спуск = Сраб 2÷3 = 174,5 2÷3 = 349÷523,5 мкФ (при тяжёлых условиях запуска – 872,5 мкФ) Тип рабочего конденсатора – полипропиленовый (импортный СВВ-60 или отечественный аналог – ДПС). Напряжение кондёра не меньше 400 В по переменке (пример маркировки: АС ~ 450 В), для советских бумажных МБГО рабочая напруга должна быть не меньше 500 В, если меньше – соединять последовательно, но это потеря ёмкости, естественно – так много кондёров набирать придётся). Для пусковых конденсаторов лучше, конечно, тоже использовать полипропиленовые или бумажные, но это будет дорого и громоздко. Для удешевления, можно взять полярные электролитические (это те, у которых на корпусе есть « + » и/или « – »), предварительно сделав из двух полярных электролитов, один неполярный, соединив два конденсатора минусами вместе (можно соединять и плюсами, но у некоторых конденсаторов минус соединён с корпусом этих кондёров и если соединять их плюсами, то придётся эти кондёры изолировать не только от окружающего “железа”, но и друг от друга, а иначе КЗ), а оставшиеся два плюса оставить для подключения к обмоткам мотора (не забываем, что при последовательном соединении двух одинаковых конденсаторов их суммарная ёмкость уменьшается в два раза, а рабочее напряжение в два раза увеличивается – например, соединив последовательно (минус к минусу) два конденсатора 400 В 470 мкФ, получим один неполярный кондёр с рабочим напряжением 800 В и ёмкостью 235 мкФ). Рабочее напряжение каждого из двух последовательно соединённых электролитов, должно быть не меньше 400 В. Нужную пусковую ёмкость набираем (при необходимости) параллельным соединением таких сдвоенных (т.е. уже неполярных) электролитов – при параллельном соединении конденсаторов, рабочее напряжение остаётся неизменным, а ёмкости суммируются (так же, как и при параллельном соединении аккумуляторов). Можно и не изобретать этот “колхоз” со сдвоенными электролитами – есть готовые пусковые неполярные электролиты – например, тип CD-60. Но, в любом случае, с электролитами (и неполярными, и уж тем более с полярными) есть одно НО – такие конденсаторы в сеть 220 В можно включать (полярные лучше вообще не включать) только на время запуска двигателя – использовать электролиты как рабочие конденсаторы нельзя – взорвутся (полярные почти сразу, неполярные чуть позже). С рабочим конденсатором на треугольнике двигатель теряет 25-30 % свой трёхфазной мощности, на звезде 45-50 %. Без рабочего конденсатора, в зависимости от схемы соединения обмоток, потеря мощности составит более 60 %. И ещё один момент по кондёрам: в youtube немало видео, где народ подбирает рабочие конденсаторы по звуку мотора на холостом ходу (без нагрузки) и пугаясь повышенного гудения двигателя, уменьшает ёмкость рабочих конденсаторов до тех пор, пока это гул не снизится до более-менее приемлемого. Это неправильный подбор рабочего кондёра – так занижается мощность двигателя под нагрузкой. Да, повышенное гудение мотора это не очень хорошо, но не слишком опасно для обмоток, если ёмкость рабочего конденсатора не завышена. Дело в том, что в идеале, ёмкость рабочего конденсатора должна плавно меняться, в зависимости от нагрузки двигателя – чем больше нагрузка, тем больше должна быть ёмкость. Но сделать такую плавную регулировку ёмкости довольно сложно, это и дорого, и громоздко. Поэтому подбирают такую ёмкость, которая будет соответствовать какой-то конкретной нагрузке мотора – как правило, номинальной. При соответствии ёмкости рабочего конденсатора расчётной нагрузке двигателя, магнитное поле статора круговое и гудение минимально. Но когда ёмкость рабочего конденсатора превышает нагрузку мотора, магнитное поле статора становится эллиптическим, пульсирующим, неравномерным, и вот это пульсирующее магнитное поле и вызывает гудение, из-за неравномерного вращения ротора – ротор, вращаясь в одном направлении, попутно дёргается то вперёд, то назад, и при повышенных токах в обмотках, двигатель развивает меньшую мощность. Поэтому если мотор гудит на средних нагрузках и на холостом ходу, то это не так страшно, а вот если гудение наблюдается при полной нагрузке, то это говорит о явно завышенной ёмкости рабочего кондёра. В этом случае, уменьшение ёмкости позволит снизить токи в обмотках двигателя и его нагрев, выровнять (“скруглить”) магнитное поле статора (т.е. уменьшить гудение) и повысить развиваемую мотором мощность. Но оставлять мотор в работе на холостом ходу длительное время с рабочим кондёром, рассчитанным на полную мощность двигателя, всё же не стоит – в этом случае на рабочем конденсаторе будет повышенное напряжение (до 350 В), а по обмотке, подключенной последовательно с рабочим конденсатором, будет протекать повышенный ток (на 30 % больше номинального – на треугольнике, и на 15 % - на звезде). При увеличении нагрузки на мотор, напряжение на рабочем кондёре и ток в последовательно соединённой с рабочим кондёром обмотке двигателя будут снижаться.
Самый простой способ включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть, это с помощью одного фазосдвигающего конденсатора. В качестве такого конденсатора нужно использовать только неполярные конденсаторы, а не полевые (электролитические).
Фазосдвигающий конденсатор.
При подключении трехфазного электродвигателя к трехфазной сети пуск обеспечивается за счет переменного магнитного поля. А при подключении двигателя к однофазной сети достаточный сдвиг магнитного поля не создается, поэтому нужно использовать фазосдвигающий конденсатор.
Емкость фазосдвигающего конденсатора нужно рассчитать так:
- для соединения «треугольником» : Сф=4800 I/U;
- для соединения «звездой» : Сф=2800 I/U.
Об этих типах соединения можно подробнее ознакомиться :
В этих формулах: Сф – емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ; I– номинальный ток, А; U– напряжение сети, В.
В этой формуле такие сокращения: P – мощность электродвигателя, обязательно в кВт; cosф – коэффициент мощности; n – КПД двигателя.
Коэффициент мощности или смещения тока к напряжению, а также КПД электродвигателя указывается в паспорте или в табличке (шильдике) на двигателе. Значения эти двух показателей часто бывают одинаковыми и чаще всего равны 0,8-0,9.
Грубо можно определить емкость фазосдвигающего конденсатора так: Сф=70 P. Получается так, что на каждые 100 Вт нужно по 7мкФ емкости конденсатора, но это не точно.
В конечном итоге правильность определения емкости конденсатора покажет работа электродвигателя. Если двигатель не будет запускаться, значит, емкости мало. В случае, когда двигатель при работе сильно нагревается, значит, емкости много.
Рабочий конденсатор.
Найденной по предложенным формулам емкости фазосдвигающего конденсатора достаточно только для пуска трехфазного электродвигателя, не нагруженного. То есть, когда на валу двигателя нет никаких механических передач.
Рассчитанный конденсатор будет обеспечивать работу электродвигателя и когда он выйдет на рабочие обороты, поэтому такой конденсатор еще называется рабочим.
Пусковой конденсатор.
Ранее было сказано, что ненагруженный электродвигатель, то есть небольшой вентилятор, шлифовальный станок можно запустить от одного фазосдвигающего конденсатора. А вот, запустить сверлильный станок, циркулярную пилу, водяной насос уже не получиться запустить от одного конденсатора.
Чтобы запустить нагруженный электродвигатель нужно к имеющемуся фазосдвигающему конденсатору кратковременно добавить емкости. А конкретно, нужно уже к подсоединенному рабочему конденсатору подключить параллельно еще один фазосдвигающий конденсатор. Но только на короткое время на 2 – 3 секунды. Потому что когда электродвигатель наберет высокие обороты, через обмотку, к торой подключены два фазосдвигающих конденсатора, будет протекать завышенный ток. Большой ток нагреет обмотку электродвигателя, и разрушит ее изоляцию.
Подключенный дополнительно и параллельно конденсатор к уже имеющемуся фазосдвигающему (рабочему) конденсатору называется пусковым.
Для слабонагруженных электродвигателей вентиляторов, циркулярных пил, сверлильных станков емкость пускового конденсатора выбирается равной емкости рабочего конденсатора.
Для нагруженных двигателей водяных насосов, циркулярных пил нужно выбирать емкость пускового конденсатора в два раза больше, чем у рабочего.
Очень удобно, для точного подбора нужных емкостей фазосдвигающих конденсаторов (рабочего и пускового) собрать батарею параллельно соединенных конденсаторов. Конденсаторы соединенные вместе нужно взять небольшими емкостями 2, 4, 10, 15 мкФ.
При выборе по напряжению любого конденсатора нужно пользоваться универсальным правилом. Напряжение, на которое конденсатор рассчитан должно быть в 1,5 раз выше того напряжения, куда он будет подключен.
Радиолюбители используют алюминиевые, танталовые, керамические конденсаторы и многие другие. От правильного выбора конденсатора зависит его надежность при эксплуатации, так как использовать его надо в таких режимах работы, которые не превышают заданные условия. Для этого нужно определить значения номинальных параметров и допустимые их изменения в процессе работы, возможные режимы и электрические нагрузки, конструкцию, показатели надежности и долговечности, варианты монтажа, размеры и массу.
Практика работы показывает, что разрешенное напряжение, обозначенное на его корпусе, не должно быть меньше, чем на электрической схеме. Можно выбрать больше на 20-30%. Емкость может быть использована в пределах +-10%, но лучше брать ее не меньше, чем на электрической схеме.
Если конденсаторы должны находиться в цепи питания, шунтировать ВЧ (высокие частоты), тогда лучше использовать керамические. Если они должны быть установлены в частотозадающем каскаде, тогда лучше брать их с малым ТКЕ (температурный коэффициент емкости), чтобы не было дрейфа частоты. Во всех случаях конденсаторы следует использовать при меньших нагрузках и облегченных режимах (по сравнению с максимально допустимыми).
Дополнительные сведения по выбору конденсатора
Выполненный монтаж и крепление должны обеспечивать нужную механическую прочность, отличный электрический контакт и отсутствие резонансных явлений. Их приспособления (для крепления) не должны повредить корпус и защитные покрытия, а также ухудшать условия отвода тепла. Никогда не надо применять конденсаторы сомнительного происхождения (например, электролитические, выполненные некачественно могут взрываться). Надо обращать внимание на удобство установки и наличие защиты выводных контактов от случайного замыкания.
Радиолюбители выбирают конденсаторы по их емкостям и рабочим напряжениям. Но есть и другие характеристики, на которые нужно обращать внимание. Конденсаторы еще не имеют идеальных параметров, поэтому они обладают такими свойствами, как ESR (Effective Series Resistance) - эквивалентное последовательное сопротивление и ESI (Effective Series Inductance) - эквивалентная последовательная индуктивность. На их емкость влияет температура, напряжение, механические воздействия. При неправильном выборе конденсатора может появиться повышенное потребление тока и увеличенный уровень шумов, нестабильная работа всей конструкции.
Калькуляторы Окна и двери Пол Фундамент Крыша и кровля Стены и потолок Строительство дома Ремонт квартиры Интерьерные решения
14 сентября - Икона Богородицы «Всеблаженная» Икона Пресвятой Богородицы, именуемая «Всеблаженная», или «Памакариста», прислана в 1905 году Святейшим Патриархом Константинопольским Иоакимом III в благословение и утешение граду Казани после святотатственно
Идея постройки храма возникла в 1912-м году, когда местная дачевладелица Е. В. Бекетова пожертвовала на строительство значительную сумму денег.Строительство храма было решено приурочить к 300-летию дома Романовых.Участок земли для строительства пожертвова
Как расстаться с Близнецами мужчиной или женщиной? В каком-то смысле вам повезло: разорвать отношения с человеком этого знака Зодиака намного проще, чем со многими другими. Тем не менее, и здесь есть определенные нюансы. Вот несколько советов. В большинст
