Разновидности конденсаторов пуска

Маломощные электродвигатели, работающие от 200-400 В не нуждаются в установке дополнительного конденсатора пуска. Дело в том, что в каждом устройстве конденсатор уже заранее установлен.

Для слабых по мощности двигателей его достаточно, а вот для того, чтобы работали устройства с повышенной мощностью потребуется дополнительный внешний пусковой конденсатор.

Конденсаторы для асинхронных электродвигателей необходимо подбирать опытным путем, проверяя каждый.

Такой прибор устанавливается параллельно к уже имеющемуся. На некоторое время при разгоне двигателя его оставляют включенным.

Включение и дальнейшая работа конденсатора возможна только при зажатой кнопке пуска. После разгона обязательно потребуется выключить конденсатор, так как при его постоянной работе двигатель будет крутиться на полную мощность.

А при обыкновенной домашней сети с одной фазой это приведет к перегреву и выходу из строя оборудования.

Видов конденсаторов для электродвигателя в настоящее время существует три:

Полярные. Данный вид способен работать только при постоянной подаче тока. Переменное питание быстро выведет из строя электродвигатель.

Неполярные. Они более популярны за счет разнообразных условий работы. То есть такие конденсаторы можно устанавливать и при постоянном токе и при переменном.

С электролитом. Данный вариант конденсатора электродвигателя имеет обычно небольшую емкость и наиболее подходящим вариантом они послужат в использовании к низкочастотным электродвигателям.

Как подобрать конденсатор для двигателя

При выборе конденсатора на трехфазный двигатель важно помнить о том, что мощность в нем должна иметь десятки и сотни микрофарад.

Но электролитические конденсаторы с такой целью выбирать не рекомендуется.

Для них понадобится однополярное подключение, а это потребует установки дополнительного оборудования.

Кроме того, данный вариант может привести к быстрому выходу двигателя из строя в связи с перегревом.

Так же необходимо уметь отличать рабочий конденсатор от пускового. Первый вариант работает на протяжении всего цикла действий двигателя, а второй только помогает ему запуститься.

Рабочий не стоит выбирать, так как его мощность вдвое меньше чем у пускового.

При правильно сделанном выборе конденсатора его рабочие показатели повысятся.

Кроме того, конденсатор, подходящий к двигателю позволит значительно продлить жизнь мотора.

Как подключать конденсаторы

Подключение любого вида конденсаторов должно производиться по точной схеме. Рабочий конденсатор подключается снизу, а пусковой выше параллельно ем.

Кроме того, важно не забыть подключить кнопку пуска, при этом следите за последовательностью проводов.

При помощи такой схемы можно подключать и конденсаторы на проверку. При суммировании мощностей рабочего и пускового конденсаторов будет получаться, что мощность меняется.

Здесь уже требуется наблюдать за состоянием работы непосредственно самого электродвигателя. Если он работает хорошо, то выбрана нужная мощность.

Также можно подключать последовательно несколько конденсаторов пускового типа и смотреть за двигателем.

Как только определена точка нормальной работы, суммируете мощность всех подключенных тестеров и покупать уже следует с общей мощностью. Только так будет понятно, как выбрать конденсатор для электродвигателя.

Фото советы как выбрать конденсатор для электродвигателя

Определение емкостей фазосдвигающих конденсаторов. Рабочий и пусковой конденсаторы

Самый простой способ включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть, это с помощью одного фазосдвигающего конденсатора. В качестве такого конденсатора нужно использовать только неполярные конденсаторы, а не полевые (электролитические).

Фазосдвигающий конденсатор.

При подключении трехфазного электродвигателя к трехфазной сети пуск обеспечивается за счет переменного магнитного поля. А при подключении двигателя к однофазной сети достаточный сдвиг магнитного поля не создается, поэтому нужно использовать фазосдвигающий конденсатор.

Емкость фазосдвигающего конденсатора нужно рассчитать так:

• для соединения «треугольником»: Сф=4800•I/U;
• для соединения «звездой»: Сф=2800•I/U.

Об этих типах соединения можно подробнее ознакомиться тут: 

В этих формулах: Сф – емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ; I– номинальный ток, А; U– напряжение сети, В.

Номинальный ток, тоже можно высчитать, так: I=P/(1,73•U•n•cosф).

В этой формуле такие сокращения: P – мощность электродвигателя, обязательно в кВт; cosф – коэффициент мощности; n – КПД двигателя.

Коэффициент мощности или смещения тока к напряжению, а также КПД электродвигателя указывается в паспорте или в табличке (шильдике) на двигателе. Значения эти двух показателей часто бывают одинаковыми и чаще всего равны 0,8-0,9.

Грубо можно определить емкость фазосдвигающего конденсатора так: Сф=70•P. Получается так, что на каждые 100 Вт нужно по 7мкФ емкости конденсатора, но это не точно.

В конечном итоге правильность определения емкости конденсатора покажет работа электродвигателя. Если двигатель не будет запускаться, значит, емкости мало. В случае, когда двигатель при работе сильно нагревается, значит, емкости много.

Рабочий конденсатор.

Найденной по предложенным формулам емкости фазосдвигающего конденсатора достаточно только для пуска трехфазного электродвигателя, не нагруженного. То есть, когда на валу двигателя нет никаких механических передач.

Рассчитанный конденсатор будет обеспечивать работу электродвигателя и когда он выйдет на рабочие обороты, поэтому такой конденсатор еще называется рабочим.

Пусковой конденсатор.

Ранее было сказано, что ненагруженный электродвигатель, то есть небольшой вентилятор, шлифовальный станок можно запустить от одного фазосдвигающего конденсатора. А вот, запустить сверлильный станок, циркулярную пилу, водяной насос уже не получиться запустить от одного конденсатора.

Чтобы запустить нагруженный электродвигатель нужно к имеющемуся фазосдвигающему конденсатору кратковременно добавить емкости. А конкретно, нужно уже к подсоединенному рабочему конденсатору подключить параллельно еще один фазосдвигающий конденсатор. Но только на короткое время на 2 – 3 секунды. Потому что когда электродвигатель наберет высокие обороты, через обмотку, к торой подключены два фазосдвигающих конденсатора, будет протекать завышенный ток. Большой ток нагреет обмотку электродвигателя, и разрушит ее изоляцию.

Подключенный дополнительно и параллельно конденсатор к уже имеющемуся фазосдвигающему (рабочему) конденсатору называется пусковым.

Для слабонагруженных электродвигателей вентиляторов, циркулярных пил, сверлильных станков емкость пускового конденсатора выбирается равной емкости рабочего конденсатора.

Для нагруженных двигателей водяных насосов, циркулярных пил нужно выбирать емкость пускового конденсатора в два раза больше, чем у рабочего.

Очень удобно, для точного подбора нужных емкостей фазосдвигающих конденсаторов (рабочего и пускового) собрать батарею параллельно соединенных конденсаторов. Конденсаторы соединенные вместе нужно взять небольшими емкостями 2, 4, 10, 15 мкФ.

При выборе по напряжению любого конденсатора нужно пользоваться универсальным правилом. Напряжение, на которое конденсатор рассчитан должно быть в 1,5 раз выше того напряжения, куда он будет подключен.

Как выбрать конденсаторы — правильный путь

А конденсатор везде. В источниках питания, светодиодном освещении, в коммерческой электронике, при обработке сигналов и т. Д. Вам понадобится конденсатор. Какова его конкретная роль в основном? Конденсатор выполняет несколько функций. Это устранит проблемы с шумом в цепи, работая как фильтр. Это основная часть в фильтрах нижних частот, верхних частот, полосовых, полосовых и т. Д. Также очень важно при выпрямлении получить постоянное постоянное напряжение. В источниках питания конденсатор действует как накопитель энергии.Много приложений для этой простой электронной части. Я больше не буду обсуждать здесь, из чего состоит конденсатор, а просто сосредоточусь на том, как выбрать конденсаторы.

При выборе конденсатора для вашей схемы необходимо учитывать важные параметры. Либо вы хотите перейти на микросхему, либо на сквозную. Либо пленка, либо электролитическая и тд. Давайте обсудим здесь все соображения.

1.Как выбрать конденсатор

Емкость — это электрическое свойство конденсатора. Таким образом, это вопрос номер один при выборе конденсатора. Какая емкость вам нужна? Что ж, это зависит от вашего приложения. Если вы собираетесь фильтровать выходное выпрямленное напряжение, то вам наверняка понадобится большая емкость. Однако, если конденсатор предназначен только для фильтрации сигнального шума в цепи небольшого сигнала, тогда подойдет небольшая емкость от пико до нанофарад.Итак, знайте свое приложение.

Предположим, что приложение действительно предназначено для фильтрации выпрямленного напряжения, тогда вам понадобится большая емкость в сотни микрофарад. Вы можете использовать метод проб и ошибок, пока пульсации напряжения не будут соответствовать требованиям. Или вы можете провести расчеты для начала.

Для моста и двухполупериодного выпрямителя требуемую емкость можно вычислить, как показано ниже.

Cmin = ток нагрузки / (пульсация напряжения X частота)

Где;

Cmin — минимально необходимая емкость

Ток нагрузки — это просто нагрузка выпрямителя

Пульсации напряжения — это колебания напряжения от пика до пика при измерении на выходе выпрямителя

Частота — для мостового и двухполупериодного выпрямителей это удвоенная частота сети.

Пример:

Схема ниже представляет собой мостовой выпрямитель с входным напряжением 120 В среднеквадратического значения при 60 Гц, током нагрузки 2 А и требованием пульсации напряжения 43 В от пика к пику. Мы оценим, какой должна быть минимальная емкость, необходимая для C1.

Cmin = ток нагрузки / (пульсация напряжения X частота)

Cmin = 2A / (43 В X 2 X 60 Гц) = 387 мкФ

На основе моделирования, приведенного ниже, напряжение пульсаций от пика до пика при использовании 387 мкФ составляет 35.5В. Это близко к 43В. Поскольку результатом вычислений является минимальная емкость, при выборе более высокого значения емкости пульсации напряжения будут еще больше уменьшаться.

2. Допуск

Помимо емкости, еще одна вещь, которую следует учитывать при выборе конденсаторов, — это допуск. Если ваше приложение очень критично, то учитывайте очень маленький допуск. Конденсаторы имеют несколько вариантов допуска, например 5%, 10% и 20%.Это ваш призыв. В большинстве случаев более высокий допуск дешевле, чем деталь с более низким допуском. Вы всегда можете использовать деталь с допуском 20% и просто добавить больше полей в свой дизайн.

3. Как выбрать конденсатор

Конденсатор будет поврежден из-за напряжения. Таким образом, необходимо учитывать напряжение при выборе конденсатора. Вам необходимо знать уровень напряжения, на котором будет установлен конденсатор. Конденсатор в большинстве случаев устанавливается параллельно цепи, устройству или подсхеме.Хотя случаев для последовательной установки конденсатора немного. В своих конструкциях я не допускаю напряжения более 75% . Это означает, что если фактическое напряжение цепи составляет 10 В, минимальное напряжение конденсатора, которое я выберу, составляет 13,33 В (10 В / 0,75). Однако такого напряжения нет. Итак, я перейду на следующий более высокий уровень, то есть на 16 В. Можете ли вы использовать 20 В, 25 В или даже выше? Ответ положительный. Это зависит от вашего бюджета, потому что чем выше напряжение, тем дороже конденсатор. Это также будет зависеть от требований к физическому размеру.Физический размер конденсатора в большинстве случаев прямо пропорционален номинальному напряжению.

Например, в приведенном выше примере схемы максимальный уровень напряжения на конденсаторе — это пиковый уровень 120 В среднеквадратичного значения, который составляет около 170 В (1,41 X 120 В). Таким образом, номинальное напряжение конденсатора должно быть 226,67 В (170 / 0,75). И я выберу стандартное значение рядом с этим.

4. Выбор конденсатора

Если вы не любитель электроники и не работаете в поле какое-то время, возможно, вы не знакомы с термином пульсирующий ток.Это термин, обозначающий ток, который проходит через конденсатор. В идеальном случае нет тока, который будет течь к конденсатору, когда он установлен на линии постоянного напряжения. Однако, если фактическое напряжение на конденсаторе не является чистым постоянным током, например, есть небольшие колебания напряжения, это приведет к пульсации тока. Для схемы с низким энергопотреблением и колебаниями напряжения можно пренебречь, вам не следует беспокоиться об этом номинальном токе пульсаций.

Однако для конденсаторов, устанавливаемых для фильтрации пульсирующего постоянного тока от выпрямителя, ток пульсаций имеет решающее значение.Чем выше нагрузка, тем выше ток пульсации. Итак, как выбрать конденсаторы для этого приложения? Для выпрямления в большинстве случаев требуется большая емкость, чтобы получить напряжение, близкое к прямолинейному. Таким образом, первый вариант — рассмотреть электролитический конденсатор. В некоторых приложениях, где пульсации тока очень высоки, электролитический конденсатор больше не будет работать, так как его пульсирующий ток меньше. В этом случае выбираются пленочные конденсаторы, так как они имеют очень высокий номинальный ток пульсации.Однако недостатком является то, что емкость ограничена несколькими микрофарадами, поэтому требуется большее их количество параллельно. Рассматривая приведенную ниже схему выпрямителя, конденсатор фильтра 330 мкФ и нагрузку 2 А от источника переменного тока 120 В среднеквадратического значения при 60 Гц. Это то же самое, что и вышеупомянутая схема, но перерисовано и смоделировано в LTspice. LTspice — это бесплатный инструмент для моделирования схем от Linear Technology. Если вы хотите узнать, как выполнять моделирование на LTspice, прочтите статью «Учебники по моделированию цепи LTSpice для начинающих».

Смоделированный пульсирующий ток равен 3,4592 A .

Если вы не разбираетесь в моделировании, вы можете оценить фактический ток пульсаций, используя приведенное ниже уравнение.

Iripple = C X dV X Частота

Где;

Iripple — это фактическая пульсация тока, протекающего через конденсатор

С — емкость в цепи

dV — это изменение входного напряжения от нуля до пика

Частота — это частота переменного напряжения (не частота выпрямленного сигнала).

Сделаем расчет по вышеперечисленным данным:

Iripple = C X dV X Частота

Iripple = 330 мкФ X (170 В-0 В) X 60 Гц = 3.366A

Вычисленное значение очень близко к результату моделирования. Затем я буду рассматривать здесь максимальное напряжение тока 75%. Таким образом, выбранный конденсатор должен иметь номинальный ток пульсации не менее 4,5 A (3,366 A / 0,75).

5.

Также необходимо учитывать факторы окружающей среды при выборе конденсаторов. Если ваш продукт будет подвергаться воздействию температуры окружающей среды 100 ° C, не используйте конденсатор, рассчитанный только на 85 ° C.Аналогичным образом, если минимальная температура окружающей среды составляет -30 ° C, не используйте конденсатор, который может выдерживать только температуру -20 ° C.

Эта спецификация кажется очень простой. Однако, если конденсатор подвергается воздействию очень сильного пульсирующего тока, произойдет внутренний нагрев, и это приведет к повышению температуры выше температуры окружающей среды. Значит, нужен больший запас на рабочую температуру. Например, максимальная температура окружающей среды, в которой будет установлен продукт, составляет 60 ° C.Не выбирайте конденсатор, рассчитанный только на 60 ° C. Выберите, возможно, номинальную температуру 105 ° C. Это даст достаточный запас за счет внутреннего нагрева.

6. Выбор диэлектрического материала конденсатора

В микросхеме резистора вы встретите эту опцию при просмотре онлайн-магазинов, таких как Mouser и Digikey. Что означает этот параметр? Это диэлектрический материал, из которого изготовлен конденсатор. Я не могу подробно останавливаться на физике конструкции конденсатора, но в своих проектах я всегда использую диэлектрик X7R, NP0 или C0G.Обычно они имеют более высокий температурный диапазон. Ниже приведены несколько примеров X7R, NP0 или C0G по сравнению с X5R.

7. Как выбрать конденсатор

Срок службы или ожидаемый срок службы конденсатора — это время, в течение которого конденсатор будет оставаться исправным в соответствии с требованиями. Это очень важно для электролитических конденсаторов. Для керамических конденсаторов это не проблема, и, вероятно, не стоит на нее обращать внимание при выборе конденсаторов для цепей малых сигналов.Для него все еще есть предел жизни, но его более чем достаточно, чтобы выдержать весь жизненный цикл продукта. В отличие от электролитических конденсаторов, если они не будут должным образом оценены, они выйдут из строя до окончания жизненного цикла продукта, и этого не должно происходить. Пульсации тока сократят срок службы конденсатора. Так что лучше управляй им. В таблицах данных или у поставщиков есть справочные расчеты срока службы конденсаторов. Это простые уравнения, которые можно использовать при выборе конденсатора с учетом ожидаемого срока службы.Некоторые также предоставляют график для облегчения понимания. Ниже пример расчета и графика взяты из таблицы KEMET. KEMET — один из ведущих производителей конденсаторов.

8.

Последнее, о чем следует подумать, — это физические размеры, а также способ монтажа. Иногда выбор конденсатора продиктован доступным пространством.Чип-конденсаторы имеют небольшие размеры, но имеют ограниченное значение емкости. С другой стороны, электролитические конденсаторы имеют большую емкость, но они громоздкие. Вы собираетесь использовать поверхностный монтаж или деталь со сквозным отверстием? Что ж, решать вам. Оцените потребность в пространстве, прежде чем углубляться в другие параметры.

Ниже приведены характеристики конденсаторов, которые я взял со страницы электроники Mouser. Он имеет емкость, напряжение, допуск, ток пульсации, рабочую температуру, физические размеры, ориентацию при установке и срок службы.Но учтите, что указанный срок службы — это просто базовый срок службы или это срок службы при максимально допустимой рабочей температуре.

для соединений и развязки — Блог о пассивных компонентах

Саймон Ндириту из General Dielectrics объясняет некоторые основные рекомендации по выбору конденсаторов для приложений связи и развязки.

Конденсаторы являются основными компонентами как аналоговых, так и цифровых электронных схем. Эти пассивные компоненты играют важную роль в влиянии на рабочее поведение цепей. Характеристики конденсатора различаются в основном в зависимости от используемого диэлектрического материала. Материал диэлектрика определяет значение емкости, энергоэффективность и размер конденсатора. Конденсаторы фиксированной емкости можно разделить на две категории: полярные и неполярные. К неполярным конденсаторам относятся керамические, пленочные и бумажные конденсаторы.Алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые конденсаторы являются полярными компонентами.

В схемах конденсаторы используются для широкого спектра применений, включая хранение электрических зарядов, блокировку компонентов постоянного тока, обход компонентов переменного тока, фильтрацию нежелательных сигналов и т. Д. Область применения конденсатора в первую очередь зависит от его характеристик. Ключевые свойства, которые следует учитывать при выборе конденсатора для конкретного применения, включают значение емкости, номинальное напряжение, частотные характеристики, стоимость и физический размер.Другие свойства конденсатора, которые могут влиять на характеристики электронной схемы, включают температурные характеристики, свойства самовосстановления, старение и воспламеняемость.

Конденсаторы связи используются в электронных схемах для передачи полезного сигнала переменного тока и блокировки нежелательных компонентов постоянного тока. Эти нежелательные сигналы постоянного тока исходят от электронных устройств или предшествующих каскадов электронной схемы. В аудиосистемах компоненты постоянного тока влияют на качество полезного сигнала, внося шум.Кроме того, сигналы постоянного тока влияют на характеристики усилителей мощности и увеличивают искажения. В схемах конденсатор связи включен последовательно с трактом прохождения сигнала. Конденсаторы связи используются как в аналоговых, так и в цифровых электронных схемах. Они находят множество применений в звуковых и радиочастотных системах.

Реактивная природа конденсатора позволяет ему по-разному реагировать на разные частоты. В приложениях связи конденсатор блокирует низкочастотные сигналы постоянного тока и позволяет проходить высокочастотным сигналам переменного тока.Для низкочастотных компонентов, таких как сигналы постоянного тока, конденсатор имеет высокий импеданс, тем самым блокируя их. С другой стороны, конденсатор имеет низкое сопротивление по отношению к высокочастотным компонентам. Это позволяет пропускать высокочастотные сигналы, например, компоненты переменного тока.

В аудиосистемах источники постоянного тока используются для питания аудиосхем. Однако, поскольку аудиосигнал обычно является сигналом переменного тока, составляющая постоянного тока на выходе нежелательна. Чтобы предотвратить появление сигнала постоянного тока на выходном устройстве, конденсатор связи добавлен последовательно с нагрузкой.

Конденсаторы связи являются важными компонентами в схемах усилителя. Они используются для предотвращения помех напряжения смещения транзистора сигналами переменного тока. В большинстве схем усилителей это достигается за счет подачи сигнала на базовый вывод транзистора через конденсатор связи. Когда конденсатор с правильным значением емкости подключается последовательно, полезный сигнал может проходить, в то время как составляющая постоянного тока блокируется.

Наличие компонентов постоянного тока на линии передачи может существенно повлиять на характеристики цифровой цепи.В системах связи конденсаторы связи используются для блокировки нежелательных компонентов постоянного тока. Блокировка компонента постоянного тока помогает минимизировать потери энергии и предотвратить накопление заряда в цифровых схемах.

Типы конденсаторов для приложений связи

При выборе конденсатора для приложений связи / блокировки по постоянному току ключевые параметры, которые следует учитывать, включают импеданс, эквивалентное последовательное сопротивление и последовательную резонансную частоту. Значение емкости в первую очередь зависит от частотного диапазона приложения и сопротивления нагрузки / источника.Типы конденсаторов, которые обычно используются для сопряжения, включают пленочные, керамические, танталовые, алюминиевые электролитические и алюминийорганические / полимерные электролитические конденсаторы.

Танталовые конденсаторы обеспечивают высокую стабильность при высоких значениях емкости и доступны в различных вариантах. По сравнению с керамикой эти конденсаторы имеют более высокое ESR и более дорогие. В приложениях связи танталовые конденсаторы более популярны, чем керамические.

Алюминиевые электролитические конденсаторы дешевле танталовых.Они обладают стабильной емкостью и имеют характеристики ESR, аналогичные танталовым конденсаторам. Однако эти конденсаторы имеют относительно большой размер и не рекомендуются для схем с ограниченным пространством на печатной плате. Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в усилителях мощности.

Керамические конденсаторы недорогие и доступны в небольших корпусах для поверхностного монтажа. Эти конденсаторы дешевле танталовых. Хотя керамические конденсаторы обычно используются в аудио- и радиочастотных приложениях, они обычно не подходят для приложений, требующих превосходных характеристик.

Большие физические размеры пленочных конденсаторов ограничивают их применение в связи по переменному току. Если пространство не является проблемой, полипропиленовые и полиэфирные конденсаторы обладают характеристиками, которые делают их хорошим выбором для применения в схемах предварительного усиления.

Некоторые электронные схемы очень чувствительны к скачкам напряжения, и быстрые изменения напряжения могут сильно повлиять на их работу. Разделительные конденсаторы используются в электронных схемах для предотвращения быстрых изменений напряжения, действуя как резервуары электрической энергии.В случае внезапного падения напряжения развязывающий конденсатор обеспечивает электрическую энергию, необходимую для поддержания стабильного напряжения. С другой стороны, при внезапном скачке напряжения конденсатор стабилизирует напряжение, поглощая избыточную энергию.

Помимо стабилизации напряжения в электронных схемах, разделительные конденсаторы также используются для обеспечения прохождения компонентов постоянного тока при замыкании компонентов переменного тока на землю. Конденсаторы, которые используются для обхода шума переменного тока в электронных схемах, также широко известны как обходные конденсаторы.Шунтирующие конденсаторы поглощают шум переменного тока, создавая более чистый сигнал постоянного тока.

Для устранения шума переменного тока параллельно резистору подключают шунтирующий конденсатор. Конденсатор обеспечивает высокое сопротивление низкочастотным сигналам и меньшее сопротивление высокочастотным сигналам. Таким образом, низкочастотные компоненты постоянного тока используют путь резистора, в то время как высокочастотные компоненты переменного тока шунтируются на землю через байпасный конденсатор. Это дает чистый сигнал постоянного тока, свободный от компонентов переменного тока.

Типы конденсаторов для развязки
При выборе конденсатора для развязки очень важно учитывать электрические требования конструкции.Ключевые параметры, которые следует учитывать при выборе байпасного конденсатора, включают самую низкую частоту сигнала переменного тока и значение сопротивления резистора. В большинстве случаев самая низкая частота составляет 50 Гц.

Хотя для развязки / шунтирования доступны различные типы конденсаторов, их характеристики заметно различаются в зависимости от используемого диэлектрического материала и конструкции. Эти два параметра определяют температурную стабильность, линейность, номинальное напряжение, физический размер и стоимость. Типы конденсаторов, которые обычно используются для развязки, включают керамические, танталовые и алюминиевые электролитические конденсаторы.

Характеристики и стоимость керамических конденсаторов делают их популярным вариантом для развязки. Эти конденсаторы имеют низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL). Кроме того, многослойные керамические конденсаторы (MLCC) доступны в широком диапазоне корпусов и значений емкости. Керамические конденсаторы — отличный вариант для развязки в высокочастотных цепях.

Алюминиевые электролитические конденсаторы переключающего типа обычно используются для развязки в низкочастотных и среднечастотных электронных схемах.Эти конденсаторы недорогие, доступны в широком диапазоне значений емкости и имеют высокое отношение емкости к объему. Однако алюминиевые электролитические конденсаторы изнашиваются в зависимости от температуры и имеют высокое ESR при низких температурах. Эти конденсаторы широко используются для развязки в потребительских товарах.

Твердотельные танталовые конденсаторы имеют высокое напряжение постоянного тока и менее подвержены износу. Кроме того, они демонстрируют впечатляющую стабильность при низких температурах. По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами танталовые конденсаторы имеют более высокое отношение емкости к объему и более низкое ESR.С другой стороны, танталовые конденсаторы дороги и ограничены приложениями с низким напряжением, обычно до 50 В. Эти конденсаторы обычно используются в приложениях с более высокой надежностью.

Пленочные конденсаторы, такие как конденсаторы из полиэстера, полипропилена, тефлона и полистирола, имеют ограниченное применение для развязки. Хотя эти конденсаторы подходят для высоковольтных приложений и менее подвержены износу, стоимость их производства относительно высока. Тем не менее, характеристики этих конденсаторов делают их подходящими вариантами для приложений с высоким напряжением, высоким током и развязкой звука.

Конденсаторы являются основными компонентами как аналоговых, так и цифровых электронных схем. Они используются в широком спектре приложений, включая соединения, развязку, фильтрацию и синхронизацию. Конденсаторы связи пропускают компоненты переменного тока, блокируя компоненты постоянного тока. Разделительные конденсаторы используются в электронных схемах в качестве резервуаров энергии для предотвращения быстрых изменений напряжения. Шунтирующие конденсаторы очищают сигналы постоянного тока, шунтируя нежелательные компоненты переменного тока на землю.Конденсатор в значительной степени определяет производительность, срок службы и надежность электронной схемы. Таким образом, рекомендуется использовать высококачественные компоненты, предпочтительно от франчайзинговых дистрибьюторов или напрямую от производителя.

Видео по теме:

Узнайте больше о пассивных компонентах от экспертов отрасли! — Электронные курсы пассивных компонентов EPCI Academy для студентов и сертифицированные курсы для профессионалов:

| Инженерное дело360

Конденсаторы — это пассивные электронные компоненты, накапливающие электрическую энергию.Основные конденсаторы, ранее известные как конденсаторы , состоят из двух параллельных пластин — положительной и отрицательной — разделенных диэлектрическим (непроводящим) материалом. Пластины могут быть квадратными, прямоугольными, цилиндрическими или сферическими, что дает несколько возможных конструкций и форм-факторов. Общие диэлектрические материалы включают воздух, бумагу, некоторые пластмассы, стекло, масло и майлар.

Основной конденсатор, подключенный к батарее. Изображение предоставлено: Учебники по электронике

Когда конденсатор подключен к источнику напряжения, например к батарее, ток будет течь от отрицательной клеммы батареи к пластине, ближайшей к этой клемме, которая становится отрицательно заряженной пластиной.Электроны на другой пластине одновременно движутся к положительному выводу батареи в соответствии с законом Кулона; поэтому эта пластина становится положительной. Когда отрицательная пластина насыщается электронами, конденсатор считается полностью заряженным, и на пластинах создается электрическое поле.

На видео ниже показана простая схема с конденсатором. Когда переключатель замыкает нижнюю цепь, батарея заряжает конденсатор. Обратите внимание, что даже когда переключатель разомкнут и конденсатор отсоединен от источника напряжения, конденсатор остается заряженным.Когда верхняя цепь замыкается переключателем, конденсатор разряжается.

Видео предоставлено: All American Radio через YouTube

Емкость

Две связанные формулы можно использовать для расчета количества заряда на пластинах или максимальной емкости устройства.

Емкость рассчитывается как:

где:

C = емкость

Q = заряд

В = напряжение

Изменив эту формулу, мы также можем найти заряд, если известны значения приложенного напряжения и емкости:

Емкость также может быть рассчитана в зависимости от геометрии конденсатора:

где:

C = емкость

Ε = диэлектрическая проницаемость

A = площадь пластины

d = расстояние между пластинами

Это уравнение доказывает, что емкость не зависит от приложенного напряжения и заряда и зависит только от геометрии устройства и материала диэлектрика.

Емкость измеряется в фарадах, которые являются очень большими единицами. Для большинства конденсаторов используются меньшие единицы измерения, такие как микро- или пикофарады.

использует

— это универсальные компоненты, используемые в целом ряде общих и специализированных приложений. Приведенная ниже таблица иллюстрирует универсальность конденсаторов и широкий спектр применений, для которых они подходят.

Применение конденсаторов. Кредит таблицы: Википедия

Технические характеристики

Фиксированная и переменная

могут иметь фиксированную или переменную емкость. Конденсаторы постоянной емкости просто имеют фиксированное, нерегулируемое значение емкости.

Переменные конденсаторы могут регулироваться пользователем с помощью механических или электронных средств. Они также известны как конденсаторы настройки из-за их общего применения в настройке радио и антенн. Механические переменные конденсаторы состоят из двух наборов перекрывающихся металлических пластин: стационарного (статор) и вращающегося, управляемого валом (ротор).Вращение ручки изменяет расстояние между наборами пластин, таким образом регулируя емкость устройства в соответствии с приведенной выше формулой.

Другой тип механического переменного конденсатора, известный как подстроечный конденсатор, использует слюдяной диэлектрик между двумя пластинами и регулируется с помощью винта.

Ротор-статор (слева) и подстроечный конденсатор. Изображение предоставлено: Integrated Publishing

Переменные конденсаторы также могут изготавливаться в виде микросхем, в этом случае они настраиваются цифровым способом.

Диэлектрический материал

При выборе конденсатора важно учитывать используемый диэлектрический материал. Различные группы диэлектрических материалов имеют разные характеристики, преимущества и недостатки. Хотя это не упоминается в этой таблице, воздух иногда используется в качестве диэлектрика в высоковольтных устройствах.

Диэлектрические характеристики. Кредит таблицы: Википедия

Стандарты и соответствие

могут изготавливаться в соответствии с различными стандартами, в том числе:

• IEC 60384 (Конденсаторы постоянной емкости для использования в электронном оборудовании; 26 частей)

• IEC 60418 (переменные конденсаторы; 4 части)

• MIL 14409 (переменная производительность конденсатора; 19 частей)

RoHS

Директива об ограничении использования опасных веществ или RoHS — это закон, принятый Европейским Союзом в 2003 году.Хотя продукты RoHS обычно известны как «не содержащие свинца», директива также ограничивает использование ртути, кадмия, шестивалентного хрома, полибромированных дифенилов и полибромированных дифениловых эфиров в электрических и электронных продуктах. Директива RoHS предназначена для снижения медицинских опасностей в странах третьего мира, наводненных «высокотехнологичным мусором». Хотя стандартного знака RoHS нет, типичный знак справа.

и установка

в основном производятся как устройства для сквозного монтажа (THT) или поверхностного монтажа (SMT).

Сквозное отверстие

Компоненты со сквозными отверстиями имеют длинные выводы, которые проходят через отверстия на печатной плате (PCB) и припаиваются к противоположной стороне. В то время как монтаж THT обеспечивает очень прочное механическое соединение, изделия со сквозными отверстиями по необходимости должны быть относительно большими. На смену THT пришла технология поверхностного монтажа, или SMT.

могут иметь одно из нескольких расположений выводов:

• Осевые выводы проходят от концов и вдоль оси конденсатора, а не по бокам.
• Радиальные выводы отходят от сторон конденсатора, а не от концов.
• Подвижные провода проходят горизонтально.

(слева направо) Осевые, радиальные и плоские выводы. Изображение предоставлено: Tactic-Tech | Amazon | Бассейн и спа Джейми

Поверхностный монтаж

Устройства для поверхностного монтажа монтируются непосредственно на печатную плату с помощью коротких выводов, плоских контактов, BGA или других выводов. Устройства SMT могут быть намного меньше по размеру, чем конденсаторы THT, и их проще и дешевле собрать из-за отсутствия необходимых просверленных отверстий.

Конденсаторы для поверхностного монтажа. Изображение предоставлено: Википедия

Инженерные калькуляторы для конденсаторов

Базовая электроника — Выбор конденсатора, номиналы конденсаторов

В предыдущей статье мы рассмотрели различные типы конденсаторов. Теперь давайте обсудим, как выбрать конденсатор для конкретного применения. Как правило, выбор конденсатора не является сложной задачей, если у вас нет особых требований к схеме.Чаще всего инженеры имеют номинальную емкость, полученную для имеющейся схемы, или должны использовать емкость с ИС или активным компонентом. Большинство микросхем (например, 555, микросхемы микроконтроллеров и т. Д.) Имеют рекомендуемые значения емкости, указанные в их таблицах данных для различных приложений.

Если нет особых требований к схеме и если требуемая емкость выражена в пикофарадах, можно использовать керамический конденсатор. Если требуемая емкость находится в нанофарадах, конденсаторам MLC (многослойной керамике) можно слепо доверять.Если необходимая емкость находится в микрофарадах, обычно выбирают конденсаторы с алюминиевым электролитом. Для более широкого диапазона температур и прочности можно использовать стеклянные и слюдяные конденсаторы.

Помимо номинальной емкости, номинальное напряжение является вторым по важности параметром, который необходимо учитывать. Номинальное напряжение конденсатора всегда должно быть как минимум в 1,5 или в два раза больше максимального напряжения, которое он может встретить в цепи. Конденсаторы не так надежны, как резисторы.Они легко повреждаются, когда приложенное напряжение приближается к их максимальному номиналу.

Если к цепи предъявляются особые требования, то необходимо учитывать множество других факторов. Для конкретных схем и приложений предпочтительны различные типы конденсаторов. Предпочтительные области применения различных типов конденсаторов приведены в следующей таблице:

Помимо пригодности различных конденсаторов для конкретных применений, другие важные факторы, которые, возможно, необходимо учитывать, включают следующее:

• Допуск — Необходимо проверить, зависит ли работа схемы от прецизионной емкости.Если требуется небольшая емкость, следует использовать конденсатор с наименьшим допуском. Емкость конденсатора никогда не будет выходить за пределы его номинального допуска, если только он не будет поврежден из-за чрезмерного напряжения или условий окружающей среды.
• Диапазон рабочих температур и температурный коэффициент — Если цепь чувствительна к температуре или емкость не должна выходить за пределы определенного диапазона температур, необходимо учитывать ее рабочий диапазон температур и температурный коэффициент.На основании температурного коэффициента и температурной кривой следует рассчитать степень изменения емкости. Температурная чувствительность цепи также может быть решена путем совместного использования конденсаторов с положительным и отрицательным температурными коэффициентами. В этом случае также необходимо рассчитать максимальное изменение емкости в диапазоне температур.
• Частотная зависимость — Емкость многих конденсаторов зависит от частоты и может не подходить для определенного диапазона частот.В зависимости от схемы следует учитывать частотную зависимость емкости.
• Эксплуатационные потери — Эксплуатационные потери могут быть важным фактором, когда цепи должны быть энергоэффективными (например, цепи с батарейным питанием). Для таких цепей следует тщательно выбирать конденсаторы с учетом их коэффициента рассеяния (типичная потеря энергии в процентах), диэлектрического поглощения, тока утечки или сопротивления изоляции, а также самоиндукции.Все эти потери необходимо свести к минимуму, чтобы повысить эффективность и время автономной работы схемы.
• Пульсирующий ток и импульсное напряжение — Это довольно важные проверки. Схема должна быть изменена на возможность пульсации напряжения и максимального тока пульсации. Затем следует выбрать конденсатор с соответствующим током пульсаций и рабочим напряжением.
• Полярность и обратное напряжение — Если в цепи используется электролитный конденсатор, он должен быть подключен в правильном направлении.Его номинальное обратное напряжение должно быть как минимум в два раза больше возможного обратного напряжения в этой ветви цепи.

Стандартные номиналы конденсаторов
Конденсаторы также доступны в стандартных номиналах в соответствии с серией E, как и резисторы. Чтобы узнать больше о стандартных номиналах резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и стабилитронов, ознакомьтесь со следующей статьей «Базовая электроника 08 — Значение считывания, допуск и номинальная мощность резисторов».

У конденсаторов меньше стандартных значений по сравнению с резисторами.Как правило, конденсаторы доступны только в серии E-6 со стандартными значениями (10, 15, 22, 33, 47 и 68), за которыми следует определенное количество нулей.

Последовательная и параллельная комбинация конденсаторов
Может оказаться невозможным получить точное значение желаемой емкости в стандартной серии E. В таких случаях можно использовать последовательную или параллельную комбинацию конденсаторов для получения желаемой емкости в цепи. Когда конденсаторы соединены последовательно, эквивалентная емкость определяется следующим уравнением:

1 / C _серии = 1 / C ₁ + 1 / C ₂ + 1 / C ₃ +.. . .

При параллельном подключении конденсаторов эквивалентная емкость равна

C _{Параллельный} = C ₁ + C ₂ + C ₃ +. . . .

Уравнение для последовательной комбинации емкостей выводится из того факта, что сумма падений напряжения на всех последовательно соединенных емкостях будет равна приложенному напряжению, в то время как ток через них должен оставаться неизменным. Уравнение для последовательной комбинации емкостей выводится следующим образом:

V _Итого = V _C1 + V _C2 + V _C3 +.. . .
1 / C _Серия * i.dt = 1 / C ₁ * ∫i.dt + 1 / C ₂ * i.dt + 1 / C ₃ * i.dt +. . .
1 / C _серии = 1 / C ₁ + 1 / C ₂ + 1 / C ₃ +. . . .

Уравнение для параллельной комбинации емкостей выводится из того факта, что сумма токов через все емкости, соединенные параллельно, будет равна общему току, в то время как напряжение на них должно оставаться неизменным.Уравнение для параллельной комбинации емкостей выводится следующим образом:

Я = i1 + i2 + i3 +. . . .
C _{Параллельный} * dV / dt = C ₁ * dV / dt + C ₂ * dV / dt + C ₃ * dV / dt +. . . . .
C _{Параллельный} = C ₁ + C ₂ + C ₃ +. . . .

Чтение пакетов резисторов
В прошлом для обозначения номинала, допуска и рабочего напряжения конденсаторов использовались цветовые коды и различные типы цифровых кодов.Сегодня емкость, допуск и рабочее напряжение напечатаны на корпусе конденсаторов или обозначены стандартными кодами BS1852 или BS EN 60062. В этих системах кодирования значение, допуск и рабочее напряжение конденсатора указываются двух- или трехзначными цифровыми кодами, за которыми следует буква. Значение емкости всегда указывается в пикофарадах. Если это двухзначный код, это прямое значение емкости в пикофарадах, а если это трехзначный код, первые две цифры обозначают число (серия E-6), а третья цифра указывает множитель, дающий окончательное значение емкости в пикофарадах.Буква может использоваться для обозначения допуска конденсатора. Допуск, обозначенный разными буквами, суммирован в следующей таблице:

Например, если на конденсаторе напечатано 47F, это означает, что его значение емкости составляет 47 пФ, а допуск — один процент. Точно так же, если на конденсаторе напечатано 472J, это означает, что его значение емкости составляет 4700 пФ или 4,7 нФ, а его допуск составляет пять процентов. Буквенные коды для общедоступных емкостей перечислены в следующей таблице:

Керамические конденсаторы имеют дополнительные коды, состоящие из цифры между двумя буквами, для обозначения диапазона температур и температурного коэффициента.Буквы и цифры в этих кодах имеют следующие обозначения:

Номинальное напряжение обозначается числом, которое выражает рабочее напряжение в вольтах. Например, цифра «50» означает рабочее напряжение 50 В.

В следующей статье мы обсудим суперконденсаторы.

Выбор конденсаторов для источников питания

Что можно и чего нельзя делать при выборе правильной технологии

СЮРЕШ ЧАНДРАН и ШРИКАНТ ДЖОШИ
EPCOS, Iselin, NJ
http: // www.epcos.com Конденсаторы являются одними из наиболее важных пассивных компонентов, которые помогают выполнять широкий диапазон комбинаций напряжения и тока в источниках питания. Хотя каждый тип конденсатора хранит электрическую энергию, диэлектрическая технология играет ключевую роль при выборе конденсатора для конкретного применения. Наиболее важными областями применения конденсаторов в источниках питания являются накопление энергии, демпфирование, подавление электромагнитных помех и схемы управления. Изучая каждую область, используйте прилагаемую диаграмму, чтобы увидеть, как каждая диэлектрическая технология конкурирует или дополняет друг друга в зависимости от области применения. Накопитель энергии Конденсаторы накопителя энергии собирают заряд через выпрямители и доставляют накопленную энергию через ветви инвертора на выход источника питания. Обычно используются алюминиево-электролитические конденсаторы, такие как EPCOS B43504 или B43505, с номинальным напряжением от 40 до 450 В постоянного тока и значениями емкости от 220 до 150 000 мкФ. Иногда устройства группируются в последовательные и / или параллельные комбинации, в зависимости от требований к мощности; конденсаторы с винтовой клеммой в виде банок часто используются для уровней мощности более 10 кВт.Для выбора правильного значения емкости необходимо учитывать номинальное постоянное напряжение, допустимую пульсацию напряжения и время цикла заряда / разряда. Однако при выборе электролитического конденсатора для этого применения следует учитывать следующие параметры. Ток пульсаций конденсатора в типичном источнике питания представляет собой комбинацию токов пульсаций на различных частотах. Действующее значение пульсирующего тока определяет нагрев конденсатора. Распространенной ошибкой является вычисление среднеквадратичного значения токовой нагрузки путем сложения квадратов пульсационных токов на различных частотах.Собственно, нужно учитывать, что ESR конденсатора падает с увеличением частоты пульсаций тока. Правильная процедура заключается в масштабировании тока пульсаций на более высокой частоте до 100 Гц с использованием частотной диаграммы коэффициента пульсаций. Используйте квадрат масштабированных токов, чтобы определить ток пульсации. Это фактическая текущая нагрузка. Поскольку температура окружающей среды определяет срок службы конденсатора в условиях нагрузки, известные производители обеспечивают четко определенную взаимосвязь между нагрузками пульсаций тока, температурой окружающей среды и ожидаемым сроком службы.Используйте пульсирующую нагрузку (объясненную выше) и температуру окружающей среды, чтобы определить ожидаемый срок службы в реальных условиях работы, используя опубликованное значение ожидаемого срока службы в качестве абсолютного числа.

Snubbering Современные силовые полупроводники, которые переключаются на высоких частотах, подвержены потенциально опасным скачкам напряжения. Демпферные конденсаторы, такие как EPCOS B32620-J или B32651..56, при подключении к силовому полупроводнику ограничивают пиковое напряжение, поглощая импульсы напряжения и защищая полупроводник, что делает демпфирующий конденсатор критически важным компонентом в силовой батарее.Номинальные значения тока и напряжения полупроводника вместе с его частотой коммутации определяют выбор демпфирующего конденсатора. Поскольку эти конденсаторы имеют очень крутые значения dv / dt, пленочный конденсатор является правильным выбором для этого применения. Типичные номиналы конденсаторов находятся в диапазоне от 470 пФ до 47 нФ при номинальном напряжении до 2000 В постоянного тока. Для мощных полупроводников, таких как IGBT, значения могут достигать 2,2 мкФ при напряжении в диапазоне 1200 В постоянного тока. Не выбирайте конденсатор только на основе комбинации значение / напряжение.При выборе демпфирующих конденсаторов учитывайте требуемые значения du / dt. Коэффициент рассеяния определяет рассеиваемую мощность в конденсаторе. Поэтому выберите альтернативу с более низким коэффициентом потерь. Подавление EMI ​​/ RFI Эти конденсаторы подключаются к входной стороне источника питания для уменьшения электромагнитных и / или радиочастотных помех, создаваемых полупроводником. Подключение напрямую к основной входной линии подвергает их опасным перенапряжениям и переходным процессам.По этой причине существуют разные стандарты безопасности, введенные в разных регионах мира, в том числе EN 132 400 для Европы, UL 1414 и 1283 для США и CSA C22.2 № 0; 1 и 8 для Канады. Конденсаторы класса X и / или Y, такие как EPCOS B3292x / B81122, с пластиковой пленкой, представляют собой один из наименее дорогих методов подавления. Импеданс ограничивающего конденсатора уменьшается с увеличением частоты, и высокочастотный ток проходит через конденсатор. Конденсатор X обеспечивает «короткое замыкание» для этого тока между линиями, а конденсатор Y между линией и корпусом заземленного оборудования.Существуют подклассы для конденсаторов X и Y, которые определяют пиковое значение перенапряжения, которое он может видеть. Например, конденсатор X2 емкостью до 1 мкФ рассчитан на пиковое импульсное напряжение 2,5 кВ, тогда как номинальное значение для конденсатора X1 аналогичной емкости составляет 4 кВ. Выберите подходящий класс помехоподавляющего конденсатора в зависимости от пикового напряжения, возникающего при сбросе нагрузки. Схема управления и логика В схемах управления источника питания используется широкий спектр конденсаторов, включая танталовые, керамические, пленочные и алюминиевые.Если эти устройства не используются в суровых условиях, они являются компонентами общего назначения с низкими значениями напряжения и потерь. Для источников питания, используемых в суровых условиях окружающей среды, обычно выбираются высокотемпературные компоненты. Для промышленных или профессиональных источников питания хорошей практикой является выбор компонентов с низким ESR, таких как низкопрофильные полимерные серии EPCOS B45294, для повышения общей надежности. Чтобы воспользоваться преимуществами автоматической сборки, меньшего размера, более низкой стоимости сборки и, как следствие, более высокой производительности, большинство разработчиков стараются придерживаться технологии SMD для конденсаторов, используемых в схемах управления.Однако некоторые инженеры нередко выбирают смешанную технологию, чтобы воспользоваться преимуществами существенно более низкой стоимости некоторых компонентов с выводами, таких как пленочные конденсаторы, которые также обладают большей надежностью.

с помощью Analysis + SPICE

[Для копии этой статьи в формате PDF, которая отображает цифры и уравнения,

нажмите здесь.

Требуется Adobe Acrobat Reader,

скачать бесплатно

.]

Несмотря на то, что SPICE может быть мощным инструментом, полагаться исключительно на моделирование есть подводные камни. Чтобы избежать неприятных сюрпризов, обязательно, чтобы симуляция SPICE была привязана к детальному пониманию схемы. В идеале это включает в себя тщательный анализ, завершенный тестированием.