Конденсаторы в цепи постоянного тока: история, определение, функции и обозначение

Содержание
- 1 История появления
- 2 Конструкция конденсатора
- 3 Свойства конденсатора
- 4 Обозначение конденсаторов на схемах
- 5 Основные параметры
- 6 Функции элемента
- 7 Хаpaктеристики
- 8 Паразитные параметры
- 8.1 Сопротивление изоляции, утечка и саморазряд
- 8.2 Эквивалентное последовательное сопротивление (Rs)
- 8.3 Эквивалентная последовательная индуктивность (Li)
- 8.4 Тангенс угла диэлектрических потерь
- 8.5 Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)
- 8.6 Диэлектрическая абсорбция
- 8.7 Паразитный пьезоэффект
- 8.8 Самовосстановление
- 9 Классификация конденсаторов
- 10 Сравнение конденсаторов постоянной ёмкости
- 11 Применение конденсаторов, их работа
- 12 Маркировка конденсаторов
- 13 Параметры выносливости
- 14 Видео
Один из элементов радиоэлектроники, без участия которого не обходятся пpaктические электрические и электронные схемы, – это конденсатор. Это имеющий малую проводимость и постоянную или изменяющуюся ёмкость двухполюсник. Такой пассивный компонент цепи имеет способность накапливать энергию и заряд электрических полей. Преобразователи, усилители, фильтрующие узлы, передающие устройства – везде применяется этот двухполюсник.
Конденсатор
История появления
Нельзя однозначно сказать, что конденсатор был изобретён намеренно. Его появление произошло в результате опытов голландца Мушенбрука. То, с чем изобретатель столкнулся, и первый образ элемента имели много общего с нынешними носителями ёмкости. В 1745 году ученый, работая с электрической машиной в лабораторных условиях, погрузил или случайно опустил электрод машины в ёмкость с водой. Когда он после опыта дотронулся до него, то ощутил разряд тока. Машина в это время уже не работала. Тогда ещё электричество считалось некоторой жидкостью, отсюда происходит определение емкости конденсатора. По названию городка Лейден, где физик проводил свои опыты, первый конденсатор назвали лейденской банкой.
Банка лейденскаяКонструкция конденсатора
Что такое диод — принцип работы и устройствоПассивный электронный компонент представляет собой конструкцию, включающую в себя два электрода. Они выполнены в виде пластин – обкладок. Между пластинами имеется зазор, заполненный различным диэлектриком. Зазор очень мал, по сравнению с размером обкладок.
Устройство конденсатораВажно! В составе современных ёмкостных двухполюсников используются многослойные обкладки и несколько слоёв диэлектрического материала. Электроды и диэлектрики в виде лент большой длины бывают скручены в цилиндры для увеличения ёмкости и помещены в корпус.
Схема разделения конденсаторов по конструкцииСреди популярных структур можно выделить следующие строения:
- дисковое;
- трубчатое;
- пакетное;
- рулонное;
- многопластинчатое.
Дисковое устройство имеют керамические элементы полупеременного или постоянного типа. На верхней и нижней частях диска из керамики располагаются серебряные обкладки. К ним прикреплены выводы. Вся конструкция покрыта эмалью разных цветов.
Дисковый двухполюсникТрубчатый элемент состоит из керамической трубки, на поверхность которой (снаружи и внутри) при помощи вжигания нанесен слой серебра. Технологический процесс подразумевает применять толщину трубки не менее 0,25 мм.
Трубчатый элементКонденсаторы пакетного строения – это керамические, стеклоэмалевые или стеклокерамические модели.
На показанной выше картинке устройство двухполюсника включает в себя:
- основу;
- обкладки;
- полоски фольги;
- опрессовочные обжимы;
- выводы.
Основа, на которую методом напыления наносится металл, имеет толщину 0,015-0,025 мм. Напыление представляет собой обкладки конденсатора с присоединёнными фольгированными полосками. Полоски применяются для образования контактного соединения. Весь пакет пластин (их количество может доходить до 100 штук) обжимается при сборке обжимами, к ним крепят выводы из гибкой проволоки.
Интересно. Такой пакет содержит множество элементарных конденсаторов. Это слои из обкладок и диэлектрика. Каждый элемент выполнен так, что его верхние и нижние обкладки имеют контактное соединение с одного из торцов изделия.
Рулонная конструкция конденсатора – что такое? Данная сборка представляет собой устройство у плёночных или электролитических ёмкостей. Это чаще всего алюминиевая фольга, имеющая диэлектрическую прокладку из бумаги или плёнки и скрученная в рулон.
Многопластинчатое устройство конденсатора представляет собой двухполюсник с изменяемой ёмкостью. Он имеет ряд пластин статора (неподвижная часть) и ротора (подвижная часть), которые при помощи оси вращения меняют величину ёмкости С в небольшом интервале. Угол меняется от 0 до 1800.
Конденсатор многопластинчатыйСвойства конденсатора
То, как работает двухполюсник, зависит от его рабочих качеств. Включенный в схемы с неизменным питающим напряжением он пропускает ток только в начальный момент, при включении. Происходит его зарядка, и далее ток не проходит.
Tрaнcформатор тока — принцип работы, назначение и устройствоИначе работает конденсатор при подключении переменного напряжения. При изменении полярности электрического тока ёмкостной двухполюсник периодически перезаряжается и пропускает через себя переменные колебания.
При рассмотрении свойств можно остановиться на следующих моментах:
- импеданс;
- резонансная частота.
В случае с конденсатором речь идёт о комплексном импедансе. Его формула имеет вид:
ZC= 1/jωC,
где:
- j – единица мнимая;
- ω – циклическая частота (рад/с);
- C – ёмкость (Ф).
Учитывая, что ω = 2πf, формула принимает вид:
ZC = – j/2πf, где f – частота в герцах.
Информация. При повышенных частотах эквивалентная схема ёмкостного двухполюсника имеет вид системы колебаний с ёмкостью С, индуктивностью Lc и сопротивлением Rn (сопротивление потерь).
Формула резонансной частоты имеет вид:
fp = 1/2π√(Lc*C),
где Lc и Rn – индуктивность и сопротивление, соответственно.
Обозначение конденсаторов на схемах
Флюс для пайки – что это такое и для чего он нуженВизуальное изображение ёмкостного двухполюсника на чертежах легко отличается от остальных. Это расположенные вертикально две чёрточки с расстоянием, обозначающим зазор. Чёрточки, соответственно, означают пластины.
Изображение элементаОсновные параметры
Принцип работы конденсатора базируется на хаpaктеристиках, которые влияют на то, какие элементы и для каких случаев будут применяться. К основным параметрам относятся:
- ёмкость;
- полярность;
- допустимое напряжение.
Существует ещё несколько хаpaктеристик, которые значительно влияют на функциональность ёмкостного двухполюсника.
Функции элемента
Для чего нужен конденсатор? Зачем необходимо применять в электронных узлах этот элемент, понятно из рассмотрения его основной функции: накапливать на своих обкладках электричество (режим заряда) и отдавать его в нужный момент (режим разряда). Он накапливает энергию и удерживает её некоторое время, но не может делать этого долго по причине саморазряда.
Хаpaктеристики
Рассматривая подробно параметры двухполюсника, можно очертить их основной ряд.
К хаpaктеристикам, на которые необходимо обратить внимание, относятся:
- ёмкость;
- удельная ёмкость;
- плотность энергии;
- номинальное напряжение;
- полярность;
- возможность разрушения.
Каждый из перечисленных параметров имеет свою хаpaктеристику.
Ёмкость
Самый определяющий фактор элемента – емкость конденсатора. Она обозначается буквой С, имеет единицу измерений – 1 Фарад (1Ф). Зависит ёмкость от площади поверхности пластин, зазора и помещённого туда диэлектрика. Определить ёмкость элемента можно по формуле:
С = q/U,
где:
- q – заряд пластины, (Кл);
- U – напряжение на пластинах, (В).
Важно! На корпус элемента наносятся данные о номинальной ёмкости, которая отличается от реальной. Это то значение, которое имеет двухполюсник при нормальном режиме работы.
Удельная ёмкость
Этот параметр определяет прямую пропорцию между ёмкостью и количеством (объёмом) диэлектрика. Чем меньше количество диэлектрика (расстояние между пластинами), тем удельная ёмкость выше. При этом вероятность пробоя становится выше.
Плотность энергии
Когда нужно накопить большой заряд и при необходимости быстро его отдать, выбирают конденсаторы, имеющие высокую плотность энергии. Она высока в тех конструкциях, где корпус обладает массой, меньшей относительно веса его содержимого.
Номинальное напряжение
Напряжение на конденсаторе, необходимое для работы длительное время без пробоя, называют номинальным. Питающее напряжение, поданное на элемент, обязано быть ниже его номинального значения.
Полярность
Схемы на постоянном токе, где применяются конденсаторы, полярные, требуют соблюдения полярности.
Опасность разрушения
Есть несколько моментов, когда ёмкостной двухполюсник может прийти в негодность и взорваться. Это может произойти по следующим причинам:
- неправильное подключение электролитического двухполюсника в схему (обратная полярность);
- рабочее напряжение конденсатора длительное время превышает номинальное;
- превышение допустимой рабочей температуры (перегрев);
- пробой в результате старения.
При ошибочном включении электролитического элемента происходят вскипание электролита с выделением газов и разрыв корпуса.
Паразитные параметры
Существуют параметры, которые присутствуют в реальных устройствах и которые также подлежат рассмотрению.
Сопротивление изоляции, утечка и саморазряд
Ток утечки Iут преодолевает диэлектрик по его поверхности по истечении времени. В результате этого происходит саморазряд заряженного двухполюсника. Сопротивление изоляции конденсатора Rd зависит от величины тока утечки и находится в обратной пропорции. Это можно увидеть из формулы:
Rd = U/Iут,
где U – напряжение на элементе.
Эквивалентная схема реального ёмкостного двухполюсникаЭквивалентное последовательное сопротивление (Rs)
Его называют ЭПС (ESR). Это величина, включающая в себя сопротивление пластин, выводов, контактов соединений. Она всегда растёт при повышении частоты проходящего через двухполюсник тока.
К сведению. При подборе деталей по этому качеству используют прибор ESR-метр. С его помощью измеряются неподходящие для нужных целей элементы.
Эквивалентная последовательная индуктивность (Li)
Этот вид индуктивности вызван наличием у выводов и пластин элемента личной индуктивности. Вредная особенность – превращать деталь в систему колебаний. Частоту его резонанса указывают в параметрах.
Тангенс угла диэлектрических потерь
В обкладках конденсатора и диэлектрике происходит утрата энергии. Показателем служит угол потерь δ. Когда δ = 0, то потерь нет. Сдвигаясь вектора тока и напряжения, при пропускании через двухполюсник изменяющегося тока, образуют угол ϕ = π/2 – δ.
Тангенс этого угла находят делением активной на реактивную мощность:
tg δ = Pa/Pp.
Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)
Этот паразитный фактор определяет изменение ёмкости при перемене окружающей температуры. Его значение вносят в документацию для конденсаторов с линейной температурной зависимостью. ТКЕ определяют по формуле:
ТКЕ = ∆С/С∆Т,
где:
- ∆С – ёмкостное изменение;
- ∆Т – температурное колебание.
Учитывается отклонение температуры в 1 С0.
Диэлектрическая абсорбция
От качеств диэлектрика зависит такое явление, как абсорбция. Его наблюдают на полностью разряженном конденсаторе, когда нужно снять разряжающую его нагрузку. Потерявший заряд двухполюсник начнёт выдавать на своих пластинах небольшое напряжение. Оно возникает в результате химической реакции между диэлектриком и пластинами.
Паразитный пьезоэффект
Керамика, используемая при изготовлении изделий, обладает способностью выpaбатывать напряжение в результате внешнего механического воздействия. Возникает пьезоэффект, который порождает электрические помехи.
Самовосстановление
Бумажные и плёночные конденсаторы обладают таким свойством. Они могут восстанавливаться после пробоя. Это происходит, благодаря отгоранию места металлизации электрода.
Классификация конденсаторов
Деление ёмкостных двухполюсников происходит по многим факторам. В этом плане различают деления:
- по назначениям;
- по типу диэлектрика;
- по способу регулирования ёмкости;
- по хаpaктеру монтажа и сборки;
- по способу защиты от внешних воздействий.
Деление по диэлектрикам является основополагающим для конденсаторов.
Разделение по диэлектрикамСравнение конденсаторов постоянной ёмкости
Конденсатор в цепи постоянного тока – это не только электролитический конденсатор. Разные группы ёмкостных элементов имеют свои достоинства и недостатки, которые можно свести в таблицу.
Применение конденсаторов, их работа
Выстроив ряд, по которому допустимо описать способы применения элементов ёмкости, получают следующую линейку:
- цепи фильтров;
- выравнивание пульсаций в блоках питания;
- употрeбление в виде балласта при установке конденсатора в цепи переменного тока;
- использование конденсаторов, как аккумуляторов, в ограниченный интервал времени, при условии длительного разряда.
Свойства из последнего пункта применяют при движении трамваев на малых участках без тока.
Маркировка конденсаторов
Бывает несколько способов нанесения маркировки на корпус элементов. Количество знаков и цифр зависит от площади поверхности элемента.
Маркировка советских и российских конденсаторов
Определению С конденсатора отечественного производства способствуют нанесённые на корпус численные данные. Рядом могут находиться и другие условные символы.
Старая система обозначений
На элементы 60-х годов выпуска наносились буквенные обозначения. Буквы обозначали следующее:
- конденсатор – К;
- обозначение типа диэлектрика;
- конструктивные отличия.
На некоторых моделях обозначение К не наносилось. Расшифровка производилась, начиная со второй буквы. На некоторых корпусах иногда, а на электролитических – всегда ставилась цифра, означавшая напряжение на конденсаторе.
Новая система обозначений
Буква К – конденсатор, далее идёт цифра, говорящая о диэлектрике. Следующей в ряду наносится буква, указывающая на назначение и номер разработки.
Внимание! На конденсаторах обязательно указаны величина ёмкости и номинальное напряжение.
Параметры выносливости
К этим хаpaктеристикам относятся такие данные, как:
- электропрочность;
- надёжность;
- срок работы.
Каждая из них имеет свои особенности.
Электрическая прочность
Эта хаpaктеристика зависит от времени приложенного напряжения пробоя. Формула имеет вид:
T = A/Uпр*n,
где:
- А – const, зависящая от диэлектрических свойств;
- n – коэффициент, лежащий в интервале от 3 до 8.
Чем больше время, которое выдерживает элемент, тем выше показатель.
Надежность конденсатора
При применении по назначению конденсаторов надёжность элемента измеряется в количестве отказов в работе за час. Ориентируются на среднюю временную величину, предшествующую первому отказу.
Срок службы конденсатора
Длительность непрерывной и безотказной работы зависит от температурного режима и превышения величин допустимых параметров.
Правильно подобранный конденсатор прослужит долгое время. Единственными условиями выхода его из строя могут стать высыхание диэлектрика и как следствие перегревание.
Видео
Технология сваривания аппаратами инверторного типа. Выбор конкретного аппарата для сварки жил проводников. Контактный, газовый и термитный способы сварки....
19 06 2026 10:20:46
Зарядное устройство аккумуляторов шуруповерта. Разновидности устройств для зарядки батарей. Дополнительные функции устройств для зарядки. Ремонт и модернизация зарядных приборов своими руками. Форм фактор, совместимость....
18 06 2026 15:33:36
Классификация импульсных преобразователей напряжений электротоков. Состав (функциональные узлы) преобразователя напряжения. Достоинства и недостатки преобразовательных устройств. Применение преобразователей в быту....
17 06 2026 7:56:12
Многотарифные электросчетчики это один из лучших помощников в экономии электрической энергии, а его особенности могут сильно повлиять на выбор счетчика....
16 06 2026 1:18:12
Суть явления, определение резонанса в физике и виды резонансных явлений. Механический резонанс. Электрический колебательный контур и сложные колебательные структуры. Опасности и польза резонансов....
15 06 2026 20:55:56
Какого сечения нужен кабель для электроплиты при подключении. Какой кабель используется для подключения плиты в квартире....
13 06 2026 2:41:45
Прокладка кабеля под землей начинается с изучения норм прокладки КЛ и выбора проводника, далее составляем план работ и можно начинать!...
12 06 2026 3:26:24
Способы подключения ламп через один, два выключателя, датчик движения или проходные выключатели, а также параллельное и последовательное подключение....
10 06 2026 2:44:59
Возможные варианты выполнения освещения коридоров. Критерии выбора и пpaктические советы. Виды применяемых ламп и их преимущества....
09 06 2026 23:28:23
Расшифровка маркировок проводников (кабели, силовые шнуры и т.п.). Кабель резиновый подвижного типа тяжелый: области применения и хаpaктеристики. Правила монтажа кабеля КРПТ. Сечения гибкого кабеля КРПТ....
08 06 2026 10:14:10
Назначение и виды указателей напряжений. Низковольтное и высоковольтное напряжение и приборы для их определения. Высоковольтные устройства и особенности их применения. Порядок работы с указателем высокого напряжения УВН 10. Указатели напряжения для проверки совпадения фаз....
07 06 2026 18:52:36
Требования к светодиодным осветительным приборам для уличного освещения и их класификация. Принцип работы и конструкция светильников для магистралей и улиц....
06 06 2026 19:11:43
Организация комиссии по проверке знаний по электробезопасности. Типы и регулярность проверок. Главные требования и основные правила по созданию комиссий для проверки знаний по электробезопасности....
05 06 2026 14:18:35
Наиболее распространенные области применения датчиков движения для освещения. Датчик присутствия: типы и особенности монтажа и эксплуатации. Сенсорные инфpaкрасные датчики: настройка в зависимости от освещенности помещения....
04 06 2026 1:51:55
Освещение в туалете и разновидности светильников, особенности монтажа и расположения. Использование подсветки в качестве дизайнерского элемента....
03 06 2026 7:52:37
Зачем проверять АКБ. Что проверить перед оценкой состояния аккумулятора. Что такое нагрузочная вилка: особенности применения. Порядок проверки аккумулятора с помощью нагрузочной вилки. Параметры (таблица) для оценки годности батареи....
02 06 2026 7:40:28
Что такое межповерочный интервал проверки электросчетчиков. Особенности процесса пломбирования. Порядок проверки электросчетчиков. Самостоятельная проверка исправности электросчетчика....
01 06 2026 5:28:14
Что такое плоский конденсатор: рассчитываем напряжение по формуле. От чего зависит электроемкость плоского конденсатора. Заряд и разряд, расчет электроемкости плоских конденсаторов. Как проверить емкость плоского конденсатора....
31 05 2026 8:21:26
Виды СИП согласно ГОСТ 31946-2012. Разновидности самонесущих изолированных проводов. Маркировка проводников согласно ГОСТу. Кабель СИП 2: технические хаpaктеристики. Достоинства и недостатки изделия....
30 05 2026 1:31:37
Описана установка алюминиевого профиля для светодиодной ленты, а также рассказано какие бывают виды профиля для светодиодов....
29 05 2026 11:49:50
Основные хаpaктеристики и принцип работы инверторного стабилизатора напряжения. Преимущества и недостатки инверторных стабилизаторов напряжения. Особенности выбора устройств. Стабилизатор напряжения с двойным преобразованием....
28 05 2026 9:11:29
Классификация муфт по назначению и типу изоляции. Назначение концевой муфты. Концевая термоусаживаемая муфта: материал изготовления. Схематическое изображение. Технология монтажа концевых термоусаживаемых муфт....
27 05 2026 6:23:23
Розетка на 380 вольт служит для подключения мощных электроприборов. Мы расскажем все о классификации и монтаже данной розетки....
26 05 2026 20:59:33
Что такое провод СИП: хаpaктеристика самонесущего изолированного провода, конструкция и состав. Преимущества СИП-кабеля. Виды кабелей СИП, правила монтажа самонесущих изолированных проводов....
25 05 2026 0:55:22
Последовательное соединение аккумуляторов: какие правила соблюдать при последовательной зарядке батарей. Параллельное соединение АКБ: принципы параллельного подключения. Проверка подключения. Советы по подключению аккумуляторной батареи....
24 05 2026 2:23:23
Подключение трехфазного счетчика в домашних условиях (многоквартирных домах, на дачных участках и коттеджах). Виды подсоединения в зависимости от способа включения трехфазного прибора. Электронные и индукционные устройства....
23 05 2026 4:15:29
Колебательный контур: определение. Формулы расчета резонансной частоты колебательного контура. Подключение к цепи индуктивной катушки. Определение резонанса как явления....
22 05 2026 13:22:51
Особенности функционирования полупроводниковых диодов. Способы определения полярности. Применение измерительных приборов. Прозвонка мультиметром. Включение диода в схему для определения полярности....
21 05 2026 18:42:41
Расшифровка и технические хаpaктеристики кабеля ВББШВНГ. Маркировка жил на основе алюминия согласно ГОСТ. ВББШВНГ-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок. Конструкция провода ВББШВНГ....
20 05 2026 23:26:28
Способы утилизации, трaнcпортировки, хранения и выды опасных для здоровья человека ламп. Утилизация аккумуляторов и конденсаторов входящих в их состав....
19 05 2026 4:24:25
Ремонт трaнcформаторов их виды и периодичность. Вывод трaнcформатора в ремонт и последовательность действий при этом. Ремонт сварочных трaнcформаторов...
18 05 2026 17:48:45
Устройство приборов и хаpaктерные признаки. Выключатели механического типа и магнитные приборы. Правила монтажа концевых выключателей двери. Применение концевых выключателей для управления дверьми....
17 05 2026 13:23:15
Виды существующих аккумуляторных батарей: от электрохимических до световых. Разновидности свинцово-кислотных батарей. Расшифровка аббревиатур и технические хаpaктеристики различных видов аккумуляторов....
16 05 2026 21:37:24
Описание и виды самонесущих изолированных проводов, преимущества изделий. Монтаж СИП своими руками. Подготовка к работе, прокладка линий, обустройство ответвления требуемой длины. Советы специалистов по прокладке самонесущего изолированного провода....
15 05 2026 20:37:34
Соединительные зажимы для монтажа самонесущих изолированных проводов. Классификация прокалывающих зажимов для СИП. Монтаж прокалывающего зажима. Основные производители устройств. Основные ошибки при соединении СИП-кабелей....
14 05 2026 17:30:51
Отличия импульсного паяльника от обычного: схема для самостоятельного изготовления...
13 05 2026 18:28:20
С развитием осветительной аппаратуры постоянно появляются новые дизайнерские решения: неоновая подсветка, светодиодная, люстры и точечные светильники....
12 05 2026 15:28:22
Назначение и достоинства кабельных каналов для размещения проводки. Виды кабель-каналов. Настенные ПВХ короба жёсткого типа. Инструментарий, необходимый для прокладки кабель-канала. Виниловый кабель канал....
09 05 2026 11:55:11
Какие режимы работы гирлянды умный дождь для дома. Виды светового занавеса водопад: можно ли использовать зимой на улице. Размеры гирлянд капли дождя: преимущества и недостатки разной длины....
08 05 2026 8:42:39
Особенности подготовки к аттестации. Примеры общих вопросов. Современные системы технического обучения. Комплект билетов с ответами по электробезопасности 3 группы....
07 05 2026 8:20:24
Воздействие электротока на человеческий организм. Понятие электротравмы. Подразделение степеней тяжести поражения от удара электрическим током. Классификация электротравматизма. Виды местных электротравм....
06 05 2026 12:48:44
Коммерческий учет это финансовый расчет между предприятием поставляющим электрическую энергию или производящими ее и конечным потребителем....
05 05 2026 16:37:20
Принцип действия стабилизатора. Виды стабилизаторов: электронные, электромеханические и феррорезонансные стабилизаторы. Применение и эксплуатационные хаpaктеристики. Что такое байпас (Bypass) в стабилизаторе. Схема байпаса....
04 05 2026 1:46:31
Электрическая структура и схема диода. Классификация и маркировка диодов. Полупроводниковые диоды: преимущества непосредственного включения в схему. Выпрямительный полупроводниковый диод: принцип работы выпрямителя....
03 05 2026 15:27:43
Особенности датчиков движения. Как правильно подключить датчик. Как правильно установить приборы: что нужно учесть при монтаже датчика с прожектором. Регулировка датчиков движения в зависимости от освещения....
02 05 2026 3:32:16
Понятие кабельного чулка. Преимущества кабельных чулок, облегчающих процесс протяжки и фиксации кабеля. Разновидности кабельных чулок. Кабельные чулки с петлями различной модификации....
01 05 2026 6:53:16
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::