Электрический конденсатор
Электрический конденсатор –это двухполюсник с переменной или постоянной емкостью и малой проводимостью, представляющий собой устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.
К основным характеристикам электрического конденсатора относятся:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Полярность. Большое количество конденсаторов функционирует исключительно при корректной полярности напряжения. В случае обратной полярности напряжения некоторые конденсаторы выходят из строя.
- 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:
- вакуумные,
- с газообразным диэлектриком,
- с жидким диэлектриком,
- с твердым неорганическим диэлектриком (керамические, стеклянные, слюдяные),
- с твердым органическим диэлектриком (бумажные, пленочные, металлобумажные и комбинированные),
- тонкопленочные,
- твердотельные, в которых используется специальный токопроводящий органический полимер или органический полимеризованный полупроводник,
- оксидно-полупроводниковые - данные конденсаторы отличаются большой удельной емкостью.
Смешанное соединение конденсаторов
Существуют три способа соединения конденсаторов:
- 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.
- 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
- 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.