2.2. Классификации конденсаторов
Конденсаторы могут быть классифицированы по разным признакам (рис. 2.1). Классификация конденсаторов по видам поляризации. Свойства конденсаторов, главным образом, определяются свойствами материала – диэлектрика, из которого конденсатор выполнен; при этом особо важное значение имеет вид поляризации, характеризующий диэлектрик. Именно вид поляризации (или виды, если диэлектрик комбинированный) будет определять основную характеристику конденсатора – емкость, а также зависимости этой емкости от частоты электрического поля и температуры. В зависимости от вида поляризации различаются конденсаторы:
1) с электронной поляризацией;
2) с ионной поляризацией;
3) с электронно-релаксационной поляризацией; с ионно-релаксационной поляризацией;
4) с дипольно-релаксационной поляризацией;
5) с объемной (структурной) поляризацией;
6) со спонтанной поляризацией.
Классификация конденсаторов по конструкции. По конструкции конденсаторы бывают постоянной и переменной емкости, подстроечные конденсаторы. По закону изменения емкости конденсаторы переменной емкости подразделяют на прямоемкостные, прямоволновые, прямочастотные и логарифмические.
Классификация конденсаторов по области применения. В зависимости от области применения конденсаторы делятся на две большие группы: радиоконденсаторы, используемые в технике слабых токов, и силовые конденсаторы, применяемые в технике сильных токов и напряжений.
Радиоконденсаторы используют: в телефонии и телеграфии; радиотехнической, телевизионной и радиолокационной аппаратуре; в автоматике и телемеханике, в счетно-решающих устройствах и электроизмерительной технике; фотографии и др.
Силовые конденсаторы применяют: для повышения коэффициента мощности промышленных и индукционных электротермических установок; продольной компенсации реактивного сопротивления дальних линий электропередачи; высокочастотной связи и защиты линий электропередачи высокого напряжения; отбора мощности от линий передачи высокого напряжения; фильтров тяговых подстанций; генераторов импульсных токов и напряжений; пуска конденсаторных электродвигателей; тиристорного управления электроприводом и др.
Очень удачные схемы классификации конденсаторов приведены в справочнике /15/.
Таблица 2.1
Таблица 2.1Блок-схема теоретического материала к разделу «Конденсаторы»
Несомненным достоинством приведенной классификации является то, что она включает классификацию по назначению, по способу монтажа, по способу защиты, по характеру изменения емкости и по виду диэлектрика.
Классификация конденсаторов по виду диэлектрика. В основу классификации по виду диэлектрика – рис. 2.2 положено деление конденсаторов на подгруппы, связанные с использованием их в конкретных цепях аппаратуры, назначением и выполняемой функцией, например, низковольтные и высоковольтные, низкочастотные и высокочастотные, импульсные и пусковые, полярные и неполярные, помехоподавляющие и дозиметрические и др.
Классификация конденсаторов по назначению. В зависимости от назначения конденсаторы делятся на контурные, фильтровые, импульсные и др.
Классификация конденсаторов по рабочему напряжению. По рабочему напряжению конденсаторы делятся на низковольтные и высоковольтные.
Классификация конденсаторов по агрегатному состоянию. По агрегатному состоянию диэлектрика конденсаторы делятся на три группы. Первая – конденсаторы с . газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные, вакуумные); вторая – конденсаторы с жидким диэлектриком; и третья – конденсаторы с твердым диэлектриком, которые, в свою очередь, также делятся:
а) на конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком (керамические, слюдяные, стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклопленочные, сегнетокерамические);
б) на конденсаторы с твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные, пленочные из неполярных пленок (полистирольные, фторопласт
овые, полиэтиленовые, синтаровые), пленочные из полярных пленок (лавсановые, поликарбонатные).
Отдельную группу составляют электролитические (оксидные) конденсаторы.
ВЫВОД. Конденсаторы классифицируются по видам поляризации (основная классификация), по конструкции, по области применения, по назначению, по рабочему напряжению, по агрегатному состоянию диэлектрика.
Источник
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ
Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком и предназначенный для использования его емкости. Емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору: C=q/u, где С – емкость, Ф; q — заряд, Кл; и — разность потенциалов на обкладках конденсатора, В.
За единицу емкости в международной системе СИ принимают емкость такого конленсатора, у которого потенциал возрастает на один вольт при сообщении ему заряда один кулон (Кл). Эту единицу называют фарадой (Ф). Для практических целей она слишком велика, поэтому на практике используют более мелкие единицы ем-кости микрофараду (мкФ), нанофараду (нф) и пикофараду (пФ) 1ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ.
Для конденсатора, обкладки которого представляют собой плоские пластины одинакового размера, разделенные диэлектриком, емкость (Ф) в системе СИ определяется из выражения
где Е0 — электрическая постоянная вакуума, равная 8,85-12 Ф/м; еr — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (величина безразмерная); S — площадь пластины, м2; d — толщина диэлектрика, м.
При приложении к конденсатору постоянного напряжения происходит его заряд; при этом затрачивается определенная работа, выражаемая в джоулях (Дж). Она равна запасенной потенциальной энергии:
W=CU2/2
Для сравнения конденсаторов используют удельные характеристики, представляющие собой отношение основных характеристик конденсатора к его объему V или массе m.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И МАРКИРОВКА КОНДЕНСАТОРОВ
Условное обозначение конденсаторов может быть сокращенным и полным. В соответствии с действующей системой сокращенное условное обозначение состоит из букв и цифр. Первый элемент — буква или сочетание букв, обозначающие подкласс конденсатора. Второй элемент — обозначение группы конденсатора в зависимости от материала диэлектрика. Третий элемент — пишется через дефис и обозначает регистрационный номер конкретного типа конденсатора. В состав третьего элемента может входить также буквенное обозначение.
Приведенная система не распространяется на условные обозначении старых типов конденсаторов, в основу которых брались различные признаки: конструктивные разновидности, технологические особенности, эксплуатационные характеристики, области применения и т. и. Например:
- КД — конденсаторы дисковые,
- КМ — керамические монолитные,
- КЛС —керамические литые секционные,
- КСО — конденсаторы слюдяные спрессованные,
- СГМ — слюдяные герметизированные малогабаритные,
- КБГИ — конденсаторы бумажные герметизированные изолиро¬ванные,
- МБГЧ — мсталлобумажные герметизированные частотные,
- КЭГ — конденсаторы электролитические герметизированные,
- ЭТО — электролитические танталовые объемно-пористые,
- КПК — конденсаторы подстроечные керамические.
Полное условное обозначение конденсатора состоит из сокращенного обозначения, обозначения и величины основных параметров и характеристик, необходимых для заказа и записи в конструкторской документации, обозначения климатического исполнения и документа на поставку.
В зависимости от размеров маркируемых конденсаторов и вида технической документации могут применяться полные или сокращенные (кодированные) обозначения номинальных емкостей и их допускаемых отклонений. Кодированные обозначения предназначены для маркировки малогабаритных конденсаторов и для записи на малоформатных многоэлементных принципиальных электрических схемах.
Полное обозначение номинальных емкостей состоит из значения номинальной емкости (цифра) и обозначения единицы измерения (пФ — пикофарады, мкФ — микрофарады, Ф — фарады), например: 1,5 пФ; 0,1 мкФ; 10 мкФ. Кодированное обозначение номинальных емкостей состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква кода из русского или латинского алфавита обозначает множитель, составляющий значение емкости, и определяет положение запятой десятичного знака. Подробнее о маркировке и её расшифровке читайте в этих справочниках.
КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
В статье приведены две классификации: одна весьма общая, в которой ряд признаков присущ не только конденсаторам, но и многим другим электронным элементам, например по назначению, по способу защиты, по способу монтажа и т. п., и вторая — конкретная, относящаяся только к конденсаторам. В основу ее положено дальнейшее деление групп конденсаторов по виду диэлектрика на подгруппы, связанные с использованием их в конкретных цепях аппаратуры, назначением и выполняемой функцией, например, низковольтные и высоковольтные, низкочастотные и высокочастотные, импульсные и пусковые, полярные и неполярные, помехоподавляющие и дозиметрические и др. В зависимости от назначения конденсаторы разделяются на две большие группы: общего и специального назначения.
Группа общего назначения включает в себя широко применяемые конденсаторы, используемые практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ней относят наиболее распространенные низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др. По характеру изменения емкости различают конденсаторы постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.
Из названия конденсаторов постоянной емкости вытекает, что их емкость является фиксированной и в процессе эксплуатации не регулируется.
Конденсаторы переменной емкости допускают изменение емкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление емкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением и температурой (термоконденсаторы). Их применяют для плавной настройки колебательных контуров, в цепях автоматики и т. п.
Емкость подстроенных конденсаторов изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных емкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение емкости.
В зависимости от способа монтажа конденсаторы могут выполняться для печатного и для навесного монтажа, а также для использования в составе микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними. Выводы конденсаторов для навесного монтажа могут быть жесткие или мягкие, аксиальные или радиальные из проволоки круглого сечения или ленты, в виде лепестков, с кабельным вводом, в виде проходных шпилек, опорных винтов. У конденсаторов для микросхем и микромодулей, а также СВЧ конденсаторов в качестве выводов могут использоваться части их поверхности. У большинства типов оксидных, а также проходных и опорных конденсаторов одна из обкладок соединяется с корпусом, который служит вторым выводом.
По характеру защиты от внешних воздействующих факторов конденсаторы выполняются: незащищенными, защищенными, неизолированными, изолированными, уплотненными и герметизированными.
Незащищенные конденсаторы допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности только в составе герметизированной аппаратуры. Защищенные конденсаторы допускают эксплуатацию в аппарат уре любого конструктивного исполнения.
Неизолированные конденсаторы (с покрытием или без покрытия) не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры. Напротив, изолированные конденсаторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие (компаунды, пластмассы и т. п.) и допускают касания корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.
Герметизированные конденсаторы имеют герметичную конструкцию корпуса, который исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация осуществляется с помощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб.
По виду диэлектрика все конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком, который является также неорганическим, но в силу особой специфики характеристик выделен в отдельную группу.
Конденсаторы с органическим диэлектриком. Эти конденсаторы изготовляют обычно намоткой тонких длинных лент конденсаторной бумаги, пленок или их комбинации с металлизированными или фольговыми электродами. Деление конденсаторов с органической изоляцией на низковольтные (до 1600 В) и высоковольтные (свыше 1600 В) носит чисто условный характер и не для всех типов строго соблюдается. Например, для бумажных конденсаторов границей деления является напряжение 1000 В.
По назначению и используемым диэлектрическим материалам низковольтные конденсаторы можно разделить на низкочастотные и высокочастотные. К низкочастотным пленочным относятся конденсаторы на основе полярных и слабополярных органических пленок (бумажные, металлобумажные, полиэтилентерефталатные, комбинированные, лако-пленочные, поликарбонатные и полипропиленовые), тангенс угла диэлектрических потерь – которых имеет резко выраженную зависимость от частоты. Они способны работать на частотах до 1 МГц при существенном снижении амплитуды переменной составляющей напряжения с увеличением частоты.
К высокочастотным пленочным относятся конденсаторы на основе неполярных органических пленок (полистирольные и фторопластовые), имеющих малое значение тангенса угла диэлектрических потерь, не зависящее от частоты. Они допускают работу на частотах до 105—107 Гц. Верхний предел по частоте зависит от конструкции обкладок и контактного узла и от емкости. К этой группе относят и некоторые типы конденсаторов на основе слабополярной полипропиленовой пленки.
Высоковольтные конденсаторы можно разделить на высоковольтные постоянного напряжения и высоковольтные импульсные. В качестве диэлектрика высоковольтных конденсаторов постоянного напряжения используют: бумагу, полистирол, политетрафторэтилен (фторопласт), полиэтилентерефталат (лавсан) и сочетание бумаги и синтетических пленок (комбинированные). Высоковольтные импульсные конденсаторы в большинстве случаев делают на основе бумажного и комбинированного диэлектриков.
Основное требование, предъявляемое к высоковольтным конденсаторам, — высокая электрическая прочность. Поэтому часто прибегают к использованию комбинированного диэлектрика, состоящего, например, из слоев бумаги и пленки, слоев различных органических пленок и слоя жидкого диэлектрика (пропитанная конденсаторная бумага). Комбинированные конденсаторы обладают повышенной по сравнению с бумажными конденсаторами электрической прочностью, надежностью и имеют более высокое сопротивление изоляции. Высоковольтные импульсные конденсаторы наряду с высокой электрической прочностью и сравнительно большими емкостями должны допускать быстрые разряды, то есть пропускать большие токи. Следовательно, их собственная индуктивность должна быть малой, чтобы не искажать формы импульсов. Этим требованиям лучше всего удовлетворяют конденсаторы бумажные, металлобумажные и комбинированные.
Дозиметрические конденсаторы работают в цепях с низким уровнем токовых нагрузок. Поэтому они должны обладать очень малым саморазрядом, большим сопротивлением изоляции, а следовательно, и большой постоянной времени. Лучше всего для этой цели подходят фторопластовые конденсаторы.
Помехоподавляющие конденсаторы предназначены для ослабления электромагнитных помех в широком диапазоне частот. Они имеют малую собственную индуктивность, в результате чего повышается резонансная частота и полоса подавляемых частот. Кроме того, для повышения безопасности обслуживающего персонала, помехоподав-ляющие конденсаторы должны иметь высокую электрическую прочность изоляции. Помехоподавляющие конденсаторы делают бумажные, комбинированные и пленочные (в основном лавсановые).
Конденсаторы с неорганическим диэлектриком. Конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разделить на три группы: низковольтные, высоковольтные и Помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них используется керамика, стекло, стеклоэмаль, стеклокерамика и слюда. Обкладки выполняются в виде тонкого слоя металла, нанесенного на диэлектрик путем непосредственной его металлизации, или в виде тонкой фольги.
Группа низковольтных конденсаторов включает в себя низкочастотные и высокочастотные конденсаторы. По назначению они подразделяются на три типа:
- — конденсаторы, предназначенные для использования в резонансных контурах или других цепях, где малые потери и высокая стабильность емкости имеют существенное значение;
- — конденсаторы, предназначенные для использования в цепях фильтров, блокировки и развязки или других цепях, где малые потери и высокая стабильность емкости не имеют существенного значения;
- — керамические конденсаторы с барьерным слоем, предназначенные для работы в тех же цепях, что и конденсаторы типа 2, но имеющие несколько меньшее значение сопротивления изоляции и большее значение тангенса угла диэлектрических потерь, что ограничивает область применения низкими частотами.
Обычно конденсаторы типа 1 считаются высокочастотными, а типов 2 и 3 — низкочастотными. Определенной границы по частоте между конденсаторами типов 1 и 2 не существует. Высокочастотные конденсаторы работают в цепях с частотой до сотен мегагерц, а некоторые типы используют в гигагерцевом диапазоне.
Слюдяные и стеклоэмалевые (стеклянные) конденсаторы относятся к конденсаторам типа 1, стеклокерампчсскне могут быть как типа 1, так и типа 2, керамические — трех типов.
Высоковольтные конденсаторы большой и малой реактивной мощности делаются в основном с диэлектриком из керамики и слюды. По назначению они могут быть типов 1 и 2 и так же, как низковольтные конденсаторы, они разделяются на высокочастотные и низкочастотные. Основным параметром для высоковольтных низкочастотных конденсаторов является удельная энергия, поэтому керамику для них подбирают с большой диэлектрической проницаемостью. Для высокочастотных конденсаторов основным параметром является допустимая реактивная мощность. Она характеризует нагрузочную способность конденсатора при наличии больших напряжений высокой частоты. Для увеличения реактивной мощности выбирают керамику с малыми потерями, а конструкцию и выводы конденсаторов рассчитывают на возможность прохождения больших токов. Высоковольтные слюдяные конденсаторы делают фольговыми, так как они предназначены для работы при повышенных токовых нагрузках.
Помехоподавляющие конденсаторы с неорганическим керамическим диэлектриком разделяются на опорные и проходные. Их основное назначение — подавление индустриальных и высокочастотных помех, создаваемых промышленными и бытовыми приборами, выпрямительными устройствами и др., а также помех атмосферных и помех, излучаемых различными радиоэлектронными устройствами, т. е. по существу они являются фильтрами нижних частот. К этой группе, исходя из функционального назначения и конструктивного исполнения, условно можно отнести керамические фильтры.
Опорные конденсаторы — это конденсаторы, одним из выводов которых является опорная металлическая пластина с резьбовым креплением.
Проходные конденсаторы делают коаксиальными — один из выводов которых представляет собой токонесущий стержень, по которому протекает полный ток внешней цепи, и некоаксиалькыми — через выводы которых протекает полный ток внешней цепи. Проходные керамические конденсаторы имеют конструкцию трубчатого или дискового типа в виде многослойных монолитных шайб.
Если в конденсаторах с целью повышения резонансной частоты принимаются меры к уменьшению собственной индуктивности, то в фильтрах, наоборот, к емкости добавляют внешнюю индуктивность (ферритовый сердечник) либо используют индуктивность выводов.
Конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) разделяются на конденсаторы: общего назначения, неполярные, высокочастотные, импульсные, пусковые и помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них, используется оксидный слой, образуемый электрохимическим путем на аноде — металлической обкладке из некоторых металлов. В зависимости от материала анода оксидные конденсаторы подразделяют на алюминиевые, танталовые и ниобиевые.
Второй обкладкой конденсатора — катодом служит электролит, пропитывающий бумажную или тканевую прокладку в оксидно-электролитических (жидкостных) алюминиевых и танталовых конденсаторах, жидкий или гелеобразный электролит в танталовых объемно-пористых конденсаторах и полупроводник (двуокись марганца) в оксидно-полупроводниковых конденсаторах.
Конденсаторы с оксидным диэлектриком — низковольтные, с относительно большими потерями, но в отличие от других типов низ¬ковольтных конденсаторов имеют несравнимо большие заряды и большие емкости (от единиц до сотен тысяч микрофарад). Они используются в фильтрах источников электропитания, цепях развязки, шунтирующих и переходных цепях полупроводниковых устройств на низких частотах и т. п.
Конденсаторы группы общего назначения имеют униполярную (одностороннюю) проводимость, вследствие чего их эксплуатация возможна только при положительном потенциале на аноде. Тем не менее, это наиболее распространенные оксидные конденсаторы. Они могут быть жидкостными, объемно-пористыми и оксидно-полупроводниковыми.
Неполярные конденсаторы с оксидным диэлектриком могут включаться в цепь постоянного и пульсирующего тока без учета полярности, а также допускать смену полярности в процессе эксплуатации. Такие конденсаторы делают оксидно-электролитические (жидкостные) алюминиевые и танталовые и оксидно-полупроводниковые танталовые.
Высокочастотные конденсаторы (алюминиевые жидкостные и танталовые оксидно-полупроводниковые) широко применяются в источниках вторичного электропитания, в качестве накопительных и фильтрующих элементов в цепях развязок и переходных цепях полупроводниковых устройств в диапазоне частот пульсирующего тока от десятков герц до сотен килогерц. Отсюда следует, что понятие «высокочастотные» для оксидных конденсаторов относительное. По частотным характеристикам их нельзя сравнивать с конденсаторами на неорганической основе.
Для расширения возможностей использования оксидных конденсаторов в более широком диапазоне частот необходимо снижать их полное сопротивление. Это оказалось возможным при появлении совершенно новых конструктивных решений — четырехвыводных конструкций и плоской конструкции типа «книга», позволяющих их эксплуатацию на значительно более высоких частотах.
Импульсные конденсаторы используются в электрических цепях с относительно длительным зарядом и быстрым разрядом, например в устройствах фотовспышек и др. Такие конденсаторы должны быть энергоемкими, иметь малое полное сопротивление и большое рабочее напряжение. Наилучшим образом этому требованию удовлетворяют оксидно-электролитические алюминиевые конденсаторы с напряжением до 500 В.
Пусковые конденсаторы используются в асинхронных двигателях, в которых емкость включается только на момент пуска двигателя. При наличии пусковой емкости вращающееся поле двигателя при пуске приближается к круговому, а магнитный поток увеличивается. Все это способствует повышению пускового момента, улучшает характеристики двигателя. В связи с тем что пусковые конденсаторы включаются в сеть переменного тока, они должны быть неполярными и иметь сравнительно большое для оксидных конденсаторов рабочее напряжение переменного тока, несколько превышающее напряжение промышленной сети. На практике используются пусковые конденсаторы емкостью порядка десятков и сотен микрофарад, созданные на основе алюминиевых оксидных пленок с жидким электролитом.
В группу оксидных помехоподавляющих конденсаторов входят только проходные оксидно-полупроводниковые танталовые конденсаторы. Они так же, как и проходные конденсаторы других типов, выполняют роль фильтра нижних частот, но в отличие от них имеют гораздо большие значения емкостей, что дает возможность сдвигать частотную характеристику в область более низких частот.
Конденсаторы с газообразным диэлектриком. По выполняемой функции и характеру изменения емкости эти конденсаторы разделяются на постоянные и переменные. В качестве диэлектрика в них используется воздух, сжатый газ (азот, фреон, элегаз), вакуум. Особенностью газообразных диэлектриков являются малое значение тангенса угла диэлектрических потерь (до 10) и высокая стабильность электрических параметров. Поэтому основной областью их применения является высоковольтная и высокочастотная аппаратура. В радиоэлектронной аппаратуре из конденсаторов с газообразным диэлектриком наибольшее распространение получили вакуумные. По сравнению с воздушными они имеют значительно большие удельные емкости, меньшие потери в широком диапазоне частот, более высокую электрическую прочность и стабильность параметров при изменении окружающей среды. По сравнению с газонаполненными, требующими периодической подкачки газа из-за его утечки, вакуумные конденсаторы имеют более простую и легкую конструкцию, меньшие потери и лучшую температурную стабильность; они более устойчивы к вибрации, допускают более высокое значение реактивной мощности.
Вакуумные конденсаторы переменной емкости обладают малым значением момента вращения, а масса и габариты их значительно ниже по сравнению с воздушными конденсаторами. Коэффициент перекрытия по емкости вакуумных переменных конденсаторов может достигать 100 и более. Вакуумные конденсаторы применяются в передающих устройствах ДВ, СВ и KB диапазонов на частотах до 80 МГц в качестве контурных, блокировочных, фильтровых и разделительных конденсаторов, используются также в качестве накопителей в импульсных искусственных линиях формирования и различного рода мощных высоковольтных высокочастотных установках.
НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК КОНДЕНСАТОРА
Номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе или указанное в параметрах, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Значение номинального напряжения зависит от конструкции конденсатора и физических свойств материалов, примененных при его конструировании. Номинальное напряжение устанавливается с необходимым запасом по отношению к электрической прочности диэлектрика, исключающим возникновение в течение гарантированного срока службы интенсивного старения диэлектрика, которое приводит к существенному ухудшению электрических характеристик конденсатора.
Электрическая прочность диэлектрика зависит от вида электрического напряжения (постоянное, переменное, импульсное), от температуры и влажности окружающей среды, от площади обкладок конденсатора, с увеличением которой растет число «слабых мест» диэлектрика, и от времени его эксплуатации. Соответственно от этих факторов зависит и значение номинального напряжения.
Номинальное напряжение конденсаторов многих типов уменьшается с ростом температуры окружающей среды, так как с увеличением температуры, как правило, ускоряются процессы старения диэлектрика. При эксплуатации конденсаторов на переменном или постоянном токе, с наложением переменной составляющей напряжения необходимо выполнять следующие условия:
- сумма постоянного напряжения и амплитуды переменной составляющей не должна превышать допустимого напряжения, которое указывается в документе на поставку;
- амплитуда переменного напряжения не должна превышать значения напряжения, рассчитанного исходя из допустимой реактивной мощности:
где U — амплитуда переменного напряжения, В; Рр.доп — допустимая реактивная мощность, ВАР; f — частота, Гц; С — емкость, пФ.
Под номинальным током конденсатора понимают наибольший ток, при котором конденсатор может работать в заданных условиях в течение гарантированного срока службы. Этот параметр наиболее характерен для вакуумных конденсаторов. Он введен для правильного выбора тепловых режимов конденсатора при больших значениях электрического тока. Значение номинального тока зависит от конструкции конденсатора, примененных в нем материалов, частоты переменного или пульсирующего напряжения и температуры окружающей среды.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ И ТОК УТЕЧКИ
Электрическое сопротивление конденсатора постоянному току определенного напряжения называется сопротивлением изоляции конденсатора. Этот параметр характерен для конденсаторов с органическим и неорганическим диэлектриками. Измерение сопротивления изоляции производят при напряжениях 10, 100 и 50б В соответственно для конденсаторов с номинальным напряжением до 100 В, 100—600 В и свыше 500 В.
Сопротивление изоляции характеризует качество диэлектрика и качество изготовления конденсаторов и зависит от типа диэлектрика. Сопротивление изоляции для конденсаторов большой емкости обратно пропорционально площади обкладок, т. е. емкости конденсаторов. Поэтому для конденсаторов емкостью более 0,33 мкФ принято вместо сопротивления изоляции приводить значение постоянной времени, выражаемое в секундах (МОм x мкФ), равное произведению сопротивления изоляции на значение номинальной емкости. Сопротивление изоляции или постоянная времени зависит от типа диэлектрика, конструкции конденсатора и условий его эксплуатации. При длительном хранении и наработке сопротивление изоляции может уменьшиться на один-три порядка.
Сопротивление изоляции конденсатора измеряют между его выводами. Для конденсаторов, допускающих касание своим корпусом шасси или токоведущих шин, вводится понятие сопротивление изоляции между корпусом и соединенными вместе выводами. Ток проводимости, проходящий через конденсатор при постоянном напряжении на его обкладках в установившемся режиме, называют током утечки. Ток утечки обусловлен наличием в диэлектрике свободных носителей заряда и характеризует качество диэлектрика конденсатора. Этот параметр характерен для вакуумных и оксидных конденсаторов. Ток утечки в большой степени зависит от значения приложенного напряжения и времени, в течение которого оно приложено. Ток измеряется через пару минут после подачи на конденсатор номинального напряжения. При включении конденсатора под напряжение происходит «тренировка», т. е. постепенное уменьшение тока утечки. При длительном хранении и длительной работе ток утечки конденсаторов растет.
ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА
Под полным сопротивлением конденсатора понимают сопротивление конденсатора переменному синусоидальному току определенной частоты, обусловленное наличием у реального конденсатора наряду с емкостью также активного сопротивления и индуктивности.
Значения активного сопротивления и индуктивности зависят от характеристик используемых материалов и конструктивного исполнения конденсатора.
Полное сопротивление конденсатора Z при представлении его в качестве последовательно соединенных собственной емкости С, индуктивности секции и выводов L, активного сопротивления выводов, контактного узла и сопротивления обкладок r, на частоте f определяется по формуле:
Самая низкая частота, при которой полное сопротивление конденсатора будет минимальным и чисто активным, называется резонансной частотой конденсатора. На частоте ниже резонансной полное сопротивление конденсатора носит емкостный характер, на частотах выше резонансной — индуктивный. На практике, для измерения этого параметра есть специальные приборы – ESR метры .
Источник
