Смешанное соединение конденсаторов

Электрический конденсатор

К основным характеристикам электрического конденсатора относятся:

1. Емкость. Емкость характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначениях конденсатора присутствует значение номинальной емкости, но реальная ёмкость может существенно изменяться в зависимости от ряда факторов. Реальной емкостью определяются электрические свойства конденсатора.
2. Удельная емкость. Данная характеристика представляет собой отношение емкости к объему диэлектрика. Ее максимальное значение достигается при минимальной толщине диэлектрика, но при этом уменьшается напряжение пробоя.
3. Плотность энергии. Данный параметр зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность энергии достигается в больших конденсаторах, у которых масса корпуса небольшая относительно массы обкладок и электролита. Этот параметр важен при использовании конденсатора как накопителя энергии с последующим высвобождением.
4. Номинальное напряжение. Эта характеристика представляет собой значение напряжения, при котором конденсатор может работать при заданных условиях в течении срока службы с сохранение своих параметров в допустимых пределах.
5. Полярность. Большое количество конденсаторов функционирует исключительно при корректной полярности напряжения. В случае обратной полярности напряжения некоторые конденсаторы выходят из строя.
6. Опасность разрушения. Основная причина разрушения конденсатора - его перегрев, причиной которого может быть утечка или увеличение эквивалентного последовательного сопротивления из-за старения.

Классификация конденсаторов осуществляется по типу диэлектрика, согласно данному признаку конденсаторы бывают:

1. вакуумные,
2. с газообразным диэлектриком,
3. с жидким диэлектриком,
4. с твердым неорганическим диэлектриком (керамические, стеклянные, слюдяные),
5. с твердым органическим диэлектриком (бумажные, пленочные, металлобумажные и комбинированные),
6. тонкопленочные,
7. твердотельные, в которых используется специальный токопроводящий органический полимер или органический полимеризованный полупроводник,
8. оксидно-полупроводниковые - данные конденсаторы отличаются большой удельной емкостью.

Смешанное соединение конденсаторов

Существуют три способа соединения конденсаторов:

1. Последовательное. Соединение осуществляется в батарею в виде цепочки, а также к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов. При таком соединении все конденсаторы заряжаются одинаковым количеством электрической энергии, потому что от источника заряжаются только крайние пластины, а остальные благодаря влиянию.
2. Параллельное. При данном соединении к точкам включения присоединены все пластины конденсаторов. В данном случае между пластинами всех конденсаторов одна и та же разность потенциалов, потому что все конденсаторы заряжаются от одного источника
3. Смешанное. При данном соединении есть две и более группы конденсаторов с различными схемами соединения [/Определение]

Пример схемы смешанного соединения конденсаторов показана на рисунке ниже

Рисунок 1. Схема смешанного соединения конденсаторов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Чтобы рассчитать такую схему ее условно делят на группы одинаково соединенных конденсаторов, затем осуществляют расчет каждой такой группы. Вышепредставленную схему можно разделить следующим образом:

Рисунок 2. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Предположим, что C1 = 4 мкФ; С2 = 15мкФ; С3 = 10 мкФ; С4 = 20 мкФ; С5 = 30 мкФ; С6 = 5 мкФ; С7 = 25 мкФ; С8 = 30 мкФ.

Как видно, на рассматриваемой схеме выделены 3 группы конденсаторов. Конденсаторы первой и второй групп соединены последовательно, а конденсаторы третьей группы параллельно. Необходимо произвести расчет для каждой группы конденсаторов. Для первой группы формула для расчета емкости выглядит следующим образом:

$1/С1,2,3 = 1/С1+1/С2+1/С3 = 0,25+0,067+0,1 = 0,417 => С1,2,3 = 1/0,417 = 2,39$ мкФ

Для второй группы конденсаторов данная формула имеет следующий вид:

$С4,5 = (С4*С5) / (С4+С5) = (20*30) / (20+30) = 600/50 = 12$ мкФ

Для третьей группы конденсаторов, которые соединены параллельно, формула для расчета емкости выглядит следующим образом:

$С6,7,8 = С6+С7+С8 = 5+25+30 = 60$ мкФ

В результате расчетов рассматриваемую схему соединения конденсаторов можно упростить. Упрощенная схема изображена на рисунке ниже

Рисунок 3. Упрощенная схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В получившейся схеме осталась одна группа параллельно соединенных конденсаторов - четвертая. Формула для расчета емкости данной группы выглядит следующим образом:

$С1,2,3,4,5 = С1,2,3 + С4,5 = 2,39+12 = 14,39$ мкФ.

В итоге получается простая схема соединения конденсаторов, состоящая из двух последовательно соединенных групп конденсаторов, которая изображена на рисунке ниже.

Рисунок 4. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Таким образом формула для расчета общей емкости рассматриваемой схемы выглядит следующим образом:

$Собщ = (С1,2,3,4,5 * С6,7,8) / (С1,2,3,4,5 + С6,7,8) = 883,2 / 74,72 = 11,8$ мкФ.