Последовательное соединение конденсаторов как вариант подбора ёмкости

Последовательное соединение

Во многих случаях для получения нужной электроемкости конденсаторы объединяют в группу, которая называется батареей. Емкость батареи конденсаторов зависит от схемы соединения составляющих ее конденсаторов. Различают два вида соединения: последовательное и параллельное. Возможен также и смешанный тип соединения конденсаторов в батарею.

Он является наиболее допустимым и может быть представлен на неопределенный срок. Другой набор параметров связан с токами через конденсатор. Следующий набор параметров аналогичен параметрам обычных конденсаторов. С конденсаторами без встроенных резисторных резисторов он определяет постоянную времени саморазряда, которая может достигать десяти часов. Он может иметь значительные значения при больших размерах конденсатора.

Когда конденсаторы работают, они теряют электроэнергию по двум причинам. Поэтому некоторые производители предлагают разновидности одного и того же конденсатора с разным диаметром контактов. Внутри мощных конденсаторов есть соединительные провода, а часто и предохранители, и разрядные резисторы. Токовый поток конденсатора определяет выход активной мощности, значение которой не всегда указывается в каталогах.

Рис. 2.13. Последовательное соединение конденсаторов

Последовательное соединение. При зарядке батареи (рис. 2.13) разность потенциалов распределится между отдельными конденсаторами и будет равна

Он не всегда указывается в каталогах, поскольку он может быть рассчитан. Опасность прикосновения к клеммам заряженного конденсатора не следует забывать. Условия эксплуатации мощных конденсаторов часто требуют их работы при повышенной температуре и влажности в окружающем воздухе. В принципе, диапазон рабочих температур относится к окружающему воздуху, но если есть источники тепла, близкие к конденсатору, то можно принять максимальную температуру тела его ТС. Между тем, средний уровень влажности в течение 1 года не должен превышать 75%, а до 30 дней он может составлять 95%.

Если первой обкладке батареи конденсаторов сообщается заряд , то на ее второй обкладке появится индуцированный заряд . Поскольку эта обкладка соединена с первой обкладкой второго конденсатора и поскольку действует закон сохранения заряда, на последней появится заряд . В свою очередь, это приведет к появлению заряда на другой обкладке второго конденсатора и т. д. В результате все последовательно соединенные конденсаторы будут заряжены одинаково, причем батарее мы сообщили только заряд .

Кроме того, класс предотвращает конденсацию влаги. Металлизация выполнена из алюминия и производится путем испарения в вакууме. Некоторые из них являются основными разновидностями, в зависимости от типа полосы и ее металлизации. Самый старый и все еще используемый тип - это бумажные конденсаторы. Их бумажная лента металлизируется с одной стороны, а при намотке она чередуется с неметаллизированной бумагой. Полученный таким образом рулон размещают в стальном или алюминиевом корпусе. Другим более распространенным типом являются конденсаторы, в которых вместо бумаги используется полипропиленовая фольга, характеризующаяся очень малыми диэлектрическими потерями.

Разности потенциалов , и т. д. могут быть не равны между собой, так как емкости отдельных конденсаторов, вообще говоря, неодинаковы. Поэтому разность потенциалов на клеммах всей батареи находится как сумма напряжений на каждом из конденсаторов:

Изоляция между соседними металлизированными лентами является одной и той же, но без металлизации. В общем, конденсаторы такого типа имеют большую емкость на единицу веса. В то же время пропитка предотвращает влагой и окисление внутренних металлических деталей. Есть несколько конденсаторов, которые заполняются инертным газом, который проникает даже в проводники. Эти конденсаторы имеют герметичное аварийное выхлопное отверстие для перегрева во избежание взрыва.

Полезным качеством всех металлизированных ленточных конденсаторов и описанной импрегнацией является их способность к самовосстановлению при электрическом прорыве. Как правило, каждый диэлектрик имеет поры и содержит нежелательные примеси. Когда напряжение в нем превышает определенное значение в некоторых из этих мест, материал разрушается, и электрическая искра возникает через полученную миниатюрную апертуру. Его высокая температура расплавляет слой металла вокруг отверстия, и изоляция восстанавливается.

С другой стороны,

Весь процесс длится несколько м и фактически «остается незамеченным» для остальной части аппарата. Дальнейшее улучшение процесса самовосстановления, особенно в конце срока службы конденсатора, достигается путем сегментации. Металлизированный слой представляет собой остров с очень тонкой полосой.

Каждый самовосстановление сопровождается отделением небольшого количества газа от разрушения материала. При значительном количестве самовосстановлений, а также в конце срока службы количество газа может стать значительным, а давление внутри оболочки повышается до значений, которые создают опасность взрыва. Поэтому во многих конденсаторах создается защита от избыточного давления, которая прерывает контур конденсатора и останавливает разряд газа, но конденсатор необходимо заменить.

где емкость всей батареи. Следовательно, емкость батареи последовательно соединенных конденсаторов определяется выражением:

Наличие жидкости или газа в одном конденсаторе создает большой риск утечки с соответствующими воздействиями на устройство. Поэтому существуют конденсаторы, которые вместо пропитки используют наполнитель порошков, например смесь смол и полиуретана, без ухудшения параметров. Используется сухое конденсатор.

Стремление к миниатюризации не уходит, а промышленное оборудование. Они используют несколько слоев полимера, металлизированный сплавом цинка и алюминия для улучшения стабильности емкости с течением времени. Конденсаторы мощных конденсаторов состоят в основном из алюминия или нержавеющей стали с круглым или прямоугольным поперечным сечением. Относительно более ограниченным является использование пластиковых корпусов, обеспечивающих наилучшую защиту от огня, и, согласно стандартам, некоторые страны являются обязательными в определенных применениях.

Для батареи из двух конденсаторов, например, отсюда следует выражение (рис. 2.14)

Также с пластмассовыми корпусами находятся монтажные конденсаторы на пластинах, в основном для фильтров. Сочетание пожарной безопасности и хорошей теплопроводности, комбинированные алюминиевые и пластиковые корпуса. Конденсаторы для прямого подключения к сетке являются однофазными, т.е. одно - и трехфазное, причем последнее находится в схеме «треугольник» или «звезда».

Они представляют собой набор конденсаторов в общем корпусе, предназначенный для увеличения мощности путем параллельного подключения конденсаторов и номинального напряжения. Идея структуры КБ приведена на рис. 5а, количество параллельно соединенных конденсаторов в одной группе и число групп больше указанного. Каждый из конденсаторов реализуется в той же схеме и должен иметь встроенный резисторный резистор, а его «конденсаторы» называются элементами. Это означает, что вы избегаете всей группы и увеличиваете давление на другие группы.


Рис. 2.14. Последовательное соединение двух конденсаторов

Параллельное соединение

Риск короткого замыкания в другом элементе увеличивается, что может привести к повреждению конденсатора и КБ. Чтобы этого избежать, можно использовать предохранители, которые можно подключать последовательно к каждому конденсатору из КБ или любого конденсаторного элемента. Ошибка ЦБ в трехфазной сети обычно связана с исключением многих потребителей, что неприемлемо. Множество схем для обеспечения этого основано на одном принципе - возникновение дисбаланса токов в трех фазах с коротким замыканием даже в одном конденсаторе.

Два примера приведены на фиг. После отсоединения конденсаторов и конденсаторных батарей они не должны представлять опасность для обслуживающего персонала. Это требует автоматического разведения через параллельно подключенный резистор. Мощность резистора определяется обычным способом, и его подключение к конденсаторам должно быть непосредственным, без переключателей или предохранителей. Одним из мощных применений мощных конденсаторов является улучшение коэффициента мощности.

Рис. 2.15. Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов (рис. 2.15) разность потенциалов батареи равна разности потенциалов каждого отдельного конденсатора:

Заряжая такую батарею, мы сообщаем ей заряд, часть которого попадет на обкладки первого конденсатора, часть - на обкладки второго и т. д. Вследствие закона сохранения электрического заряда полный заряд батареи параллельно соединенных конденсаторов будет равен сумме зарядов отдельных конденсаторов:

Непроверенные квадраты в нем показывают невозможность улучшить коэффициент мощности. Такой конденсатор также используется для подачи галогенных и металлических паровых ламп. Часть ламповых конденсаторов имеет защиту от избыточного давления, а другие имеют температурную защиту, которая является встроенным предохранителем. Другая большая площадь - конденсаторы для электродвигателей, в основном для однофазных асинхронных двигателей и трехфазных асинхронных электродвигателей. Когда трехфазные двигатели работают в однофазной сети, для них требуется конденсатор 70 мФ на каждый кВт их активной мощности.

Для каждого конденсатора можно написать соотношение

В зависимости от безопасности этих конденсаторов существует три класса. На первый взгляд специфическое, но на самом деле слишком массивное применение - в сварочных машинах. В схемах тиристоров, препятствующих управляющему электроду, может произойти неприемлемо высокая скорость увеличения их анодного напряжения во время окклюзии.

Базовые знания в электронике, необходимые для реализации электронных схем. Постоянные и переменные резисторы Резисторы являются наиболее часто используемыми элементами электронных схем. Они служат прежде всего для определения величины тока, протекающего через электрические провода или напряжения в определенных точках электронной схемы.

подставляя которое в (2.25), получим:

Конденсаторы Конденсаторы представляют собой электронные компоненты, которые обладают способностью накапливать электрический заряд, называемый электрической емкостью. Вместе с резисторами они являются наиболее часто используемыми элементами в радиосхемах и устройствах. Емкость конденсаторов измеряется в фараонах, а чаще всего в их подразделениях, во много раз меньше - пикофрав, нанореакциях и микрофарадах.

Отдельные типы конденсаторов значительно различаются по внешнему виду - в зависимости от технологии производства, емкости и максимального напряжения, на которое можно заряжать конденсатор без возможности прорыва изоляции между электродами. Это напряжение измеряется в вольтах. Как правило, чем больше емкость и напряжение сверления, тем больше размер конденсатора. Это утверждение, однако, справедливо только для определенных типов конденсаторов, изготовленных по той же технологии. Производятся следующие основные типы конденсаторов.

С другой стороны,

где емкость всей батареи. Сравнивая (2.27) и (2.28) окончательно получаем

Керамика, изготовленная методами порошковой металлургии - путем нанесения металлического порошка на обе стороны керамической плитки небольшого размера. Эти конденсаторы имеют малую мощность, но удовлетворительные электрические параметры. Ферриты, которые по внешнему виду похожи на керамику, но имеют значительно более высокую производительность при одинаковых размерах. Однако они недостаточно точны и их мощность сильно зависит от температуры окружающей среды, поэтому они не могут использоваться в цепях, производительность которых сильно зависит от емкости конденсатора.

то есть при параллельном соединении конденсаторов емкость батареи равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. Для батареи из двух конденсаторов, например, отсюда следует выражение (рис. 2.16)

Монолитный - в виде небольшого параллелепипеда. Они имеют незначительную мощность и хорошие электрические параметры, однако они относительно дороги. Слияние - параллельно керамике, но производится в гораздо более широком диапазоне мощности. Лента, структура которой состоит из двух полос алюминиевой фольги, разделенных изолирующим слоем, плотно обернутых и закрытых в цилиндрическом корпусе. В зависимости от материала изоляционного слоя эти конденсаторы могут быть бумажными, стирофлексными, полиэфирными.

Благодаря этому они имеют в несколько раз меньшие размеры при одинаковой мощности и напряжениях сверления. В зависимости от их потребностей, их штифты могут быть выполнены в осевом или параллельном боковом направлении. Электролитический, характеризуется относительно большими емкостями при небольших размерах. Электролитические конденсаторы представляют собой ленточные конденсаторы, изоляционный слой которых создается в результате электролитических химических процессов. При работе схемы обязательно соблюдайте полярность, указанную на корпусе конденсатора. терминал должен всегда иметь более высокое напряжение, чем клемма -.

Рис. 2.16. Параллельное соединение двух конденсаторов

Задача. В сферический конденсатор с радиусами см внутренней сферы и см внешней сферы поместили сплошную сферическую проводящую оболочку с внутренним см и внешним см радиусами (рис. 2.17). Сравнить емкости прежнего и нового конденсаторов.

Все внутренние обкладки при последовательном соединении электризуются через влияние. Их заряды равны

по величине, но противоположны по знаку (½+q½=½-q½ = q; рис. 12).

Следовательно, заряды на всех конденсаторах при последовательном их соединении равны, а потенциалы складываются,

Dj = j 1 - j 2 = Dj 1 + Dj 2 + ... + Dj n ,

где .

Следовательно, . (17)

Параллельное соединение конденсаторов

Рис. 13

При параллельном соединении все конденсаторы имеют постоянную разность потенциалов

j 1 - j 2 = сonst. Полный заряд батареи конденсаторов (рис. 1.31): q = q 1 + q 2 +...+ q n

По определению емкость батареи конденсаторов ,

Следовательно,

С = С 1 + С 2 + ... + С n . (18)

Энергия электрического поля

Энергия взаимодействия электрических зарядов

Известно, что dW 12 = - dA 12 . Для системы из трех зарядов

dW = - d(W 12 + W 13 + W 23)= - dA,

W = W 12 + W 13 + W 23 . (19)

Это положение остается справедливым и для произвольной системы точечных зарядов. Для нахождения энергии взаимодействия системы N точечных зарядов формулу (19) представим в виде

, где W ij = W ji .

Следовательно, ,

где W i - энергия взаимодействия i-го заряда с остальными зарядами.

Известно, что W i = q i j i , где q i - i-й заряд системы; j i - результирующий потенциал, создаваемый всеми остальными зарядами системы вместе нахождения заряда q i . Таким образом,

. (20)

Полная энергия системы зарядов

Если заряды распределены по объему с объемной плотностью заряда r, то систему зарядов можно представить как совокупность элементарных зарядов dq = rdV, т. е. dW = j dq = j rdV.

С учетом этого формула (20) после интегрирования принимает вид

, (21)

где j - потенциал, созданный всеми зарядами в элементарном объеме dV.

Если заряды распределены с поверхностной плотностью заряда s, то

. (22)

Формулы (21) и (22) позволяют найти полную энергию системы, а формула (20) - только собственную энергию заряда. Действительно, согласно (21), W = W 1 + W 2 + W 12 , где W 1 , W 2 - собственные энергии заряда q 1 и q 2 ; W 12 - энергия взаимодействия этих зарядов.

Энергия системы заряженных проводников

Используя формулу (21) найдем энергию изолированного (уединенного) проводника. Если проводник имеет заряд q и потенциал j = сonst во всех точках, где распределен заряд, то

. (23)

Так как для плоского конденсатора (два заряженных проводника)

, (24)

где ½+q½=½-q½= q; Dj - разность потенциалов между положительно и отрицательно заряженными обкладками конденсатора; W - полная энергия взаимодействия не только зарядов одной обкладки с зарядами другой, но и энергия взаимодействия зарядов внутри каждой из обкладок.

Формула (24) остается справедливой и при наличии диэлектрика между обкладками конденсатора.

Если использовать емкостные коэффициенты, то

. (25)

Энергия электрического поля

Для нахождения энергии мы использовали только заряды и потенциалы. Основной характеристикой электрического поля является вектор напряженности . Тогда энергию электрического поля между обкладками плоского конденсатора можно найти, преобразуя формулу (23) с учетом того, что Dj = Еd; .

После подстановки получим

. (26)

С учетом диэлектрика между обкладками конденсатора

. (27)

Известно, что электрическое поле является частным случаем электромагнитного поля, которое может существовать отдельно от источников поля, т.е. распространение электромагнитных волн в пространстве связано с переносом энергии.

Следовательно, электростатическое поле имеет энергию, распределенную в нем с объемной плотностью w эл.

В случае однородного электрического поля

Если электрическое поле неоднородно, то

где .

В этом случае объемная плотность энергии электрического поля

. (29)

Следовательно, полная энергия электрического поля

. (30)

Таким образом, в отличие от гравитационного поля электростатическое (электромагнитное) поле характеризуется объемной плотностью энергии, и можно говорить о локализации электрической энергии в пространстве.