Elektrický kondenzátor je zařízení, které může ukládat náboj a energii z elektrického pole. V podstatě se skládá z dvojice vodičů (desek) oddělených dielektrickou vrstvou. Tloušťka dielektrika je vždy mnohem menší než velikost desek. Na elektrických ekvivalentních obvodech je kondenzátor označen 2 vertikálními paralelními segmenty (II).
Základní veličiny a jednotky měření
Existuje několik základních veličin, které definují kondenzátor. Jedním z nich je jeho kapacita (latinské písmeno C) a druhým provozní napětí (latinsky U). Elektrická kapacita (nebo jednoduše kapacita) v soustavě SI se měří ve faradech (F). Navíc jako jednotka kapacity se 1 farad - to je hodně - v praxi téměř nikdy nepoužívá. Například elektrický náboj planety Země je pouhých 710 mikrofaradů. Proto je elektrická kapacita kondenzátorů ve většině případů měřena ve farradově odvozených veličinách: v pikofaradech (pF) s velmi malou hodnotou kapacity (1 pF=1/106µF), v mikrofaradech (µF) při jeho dostatečně velké hodnotě (1 uF=1/106 F). Pro výpočet elektrické kapacity je nutnévydělte množství náboje akumulovaného mezi deskami modulem rozdílu potenciálu mezi nimi (napětí na kondenzátoru). Náboj kondenzátoru je v tomto případě náboj, který se hromadí na jedné z desek příslušného zařízení. Na 2 vodičích zařízení jsou modulově shodné, liší se však znaménkem, takže jejich součet je vždy roven nule. Nabití kondenzátoru se měří v coulombech (C) a označuje se písmenem Q.
Napětí na elektrickém spotřebiči
Jedním z nejdůležitějších parametrů zařízení, které zvažujeme, je průrazné napětí – potenciální rozdíl mezi dvěma vodiči kondenzátoru, vedoucí k elektrickému průrazu dielektrické vrstvy. Maximální napětí, při kterém nedochází k průrazu zařízení, je určeno tvarem vodičů, vlastnostmi dielektrika a jeho tloušťkou. Provozní podmínky, za kterých se napětí na deskách elektrického spotřebiče blíží průraznému napětí, jsou nepřípustné. Normální provozní napětí na kondenzátoru je několikrát nižší než průrazné napětí (dvakrát až třikrát). Při výběru proto dbejte na jmenovité napětí a kapacitu. Ve většině případů je hodnota těchto veličin uvedena na samotném zařízení nebo v pasu. Zařazení kondenzátoru do sítě pro napětí přesahující jmenovité napětí hrozí průrazem a odchylka hodnoty kapacity od jmenovité hodnoty může vést k uvolnění vyšších harmonických do sítě a přehřátí zařízení.
Vzhled kondenzátorů
Provedení kondenzátorů může býtnejrozmanitější. Záleží na hodnotě elektrické kapacity zařízení a jeho účelu. Parametry uvažovaného zařízení by neměly být ovlivněny vnějšími faktory, proto jsou desky tvarovány tak, aby se elektrické pole vytvářené elektrickými náboji soustředilo v malé mezeře mezi vodiči kondenzátoru. Mohou se tedy skládat ze dvou soustředných koulí, dvou plochých desek nebo dvou koaxiálních válců. Proto mohou být kondenzátory válcové, kulové a ploché v závislosti na tvaru vodičů.
Permanentní kondenzátory
Podle charakteru změny elektrické kapacity se kondenzátory dělí na zařízení s konstantní, proměnnou kapacitou nebo trimry. Podívejme se blíže na každý z těchto typů. Zařízení, jejichž kapacita se během provozu nemění, to znamená, že je konstantní (hodnota kapacity může stále kolísat v přijatelných mezích v závislosti na teplotě), jsou pevné kondenzátory. Existují také elektrické spotřebiče, které během provozu mění svou elektrickou kapacitu, nazývají se proměnné.
Na čem závisí C v kondenzátoru
Elektrická kapacita závisí na ploše jeho vodičů a vzdálenosti mezi nimi. Existuje několik způsobů, jak tato nastavení změnit. Zvažte kondenzátor, který se skládá ze dvou typů desek: pohyblivé a pevné. Pohyblivé desky se pohybují vzhledem k těm pevným, v důsledku čehož se mění kapacita kondenzátoru. Proměnné analogy se používají k nastavení analoguzařízení. Kromě toho lze během provozu měnit kapacitu. Trimrové kondenzátory se ve většině případů používají k ladění továrního vybavení, například k empirickému výběru kapacity, když výpočet není možný.
Kondenzátor v obvodu
Dotyčné zařízení ve stejnosměrném obvodu vede proud pouze v okamžiku připojení k síti (v tomto případě se zařízení nabíjí nebo dobíjí na napětí zdroje). Jakmile je kondenzátor plně nabitý, neprotéká jím žádný proud. Když je zařízení připojeno k obvodu střídavého proudu, procesy jeho vybíjení a nabíjení se vzájemně střídají. Perioda jejich střídání je rovna periodě oscilace přiloženého sinusového napětí.
Charakteristiky kondenzátorů
Kondenzátor, v závislosti na stavu elektrolytu a materiálu, ze kterého se skládá, může být suchý, kapalný, oxid-polovodičový, oxid-kovový. Kapalné kondenzátory jsou dobře chlazené, tato zařízení mohou pracovat pod značným zatížením a mají tak důležitou vlastnost, jako je dielektrické samoléčení během poruchy. Uvažovaná elektrická zařízení suchého typu mají poměrně jednoduchý design, o něco menší ztráty napětí a svodový proud. V současnosti jsou nejoblíbenější suché spotřebiče. Hlavní výhodou elektrolytických kondenzátorů je jejich nízká cena, kompaktní velikost a vysoká elektrická kapacita. Oxidové analogy jsou polární (nesprávné připojení vede k poruše).
Jak se připojit
Připojení kondenzátoru ke stejnosměrnému obvodu je následující: plus (anoda) zdroje proudu je připojena k elektrodě, která je pokryta oxidovým filmem. Nedodržení tohoto požadavku může vést k dielektrickému průrazu. Z tohoto důvodu musí být kapalné kondenzátory zapojeny do obvodu se zdrojem střídavého proudu, který spojuje dvě stejné sekce v opačných sériích. Nebo naneste vrstvu oxidu na obě elektrody. Získá se tak nepolární elektrický spotřebič, pracující v sítích se stejnosměrným i sinusovým proudem. Ale v obou případech je výsledná kapacita poloviční. Unipolární elektrické kondenzátory jsou velké, ale mohou být součástí střídavých obvodů.
Hlavní použití kondenzátorů
Slovo „kondenzátor“můžeme slyšet od pracovníků různých průmyslových podniků a projekčních ústavů. Když jsme se zabývali principem činnosti, charakteristikami a fyzikálními procesy, zjistíme, proč jsou kondenzátory potřebné například v napájecích systémech? V těchto systémech jsou baterie široce používány při výstavbě a rekonstrukcích v průmyslových podnicích pro kompenzaci jalového výkonu RFC (odlehčení sítě od nežádoucích přetečení), což snižuje náklady na elektřinu, šetří kabelové produkty a dodává kvalitnější elektřinu spotřebiteli.. Optimální volba výkonu, způsobu a místa připojení zdrojů jalového výkonu (Q) v sítích elektroenergetických soustav (EPS) poskytujevýznamný dopad na ekonomickou a technickou výkonnost EPS. Existují dva typy KRM: příčné a podélné. S příčnou kompenzací jsou kondenzátorové baterie připojeny k přípojnicím rozvodny paralelně se zátěží a nazývají se shunt (SHBK). S podélnou kompenzací jsou baterie součástí řezu elektrického vedení a nazývají se SPC (longitudinal kompenzační zařízení). Baterie se skládají z jednotlivých zařízení, která lze zapojit různými způsoby: kondenzátory zapojené sériově nebo paralelně. S rostoucím počtem zařízení zapojených do série se zvyšuje napětí. APC se také používá k vyrovnání zátěže po fázích, zvýšení produktivity a účinnosti obloukových a rudných tepelných pecí (když se APC zapíná pomocí speciálních transformátorů).
Na ekvivalentních obvodech elektrických přenosových vedení s napětím nad 110 kV je kapacitní vedení k zemi označeno jako kondenzátory. Napájení vedení je způsobeno kapacitou mezi vodiči různých fází a kapacitou tvořenou fázovým vodičem a zemí. Proto se pro výpočet provozních režimů sítě, parametrů elektrických přenosových vedení a určení míst poškození elektrické sítě používají vlastnosti kondenzátoru.
Další aplikace
Tento termín lze také slyšet od železničářů. Proč potřebují kondenzátory? Na elektrických lokomotivách a dieselových lokomotivách se tato zařízení používají ke snížení jiskření kontaktů elektrických zařízení, vyhlazení pulzujícího proudu generovaného usměrňovači a pulznímijističe a také k vytvoření generace symetrického sinusového napětí používaného k napájení elektromotorů.
Toto slovo však nejčastěji zazní z úst radioamatéra. Proč potřebuje kondenzátory? V radiotechnice se používají k vytváření vysokofrekvenčních elektromagnetických oscilací, jsou součástí vyhlazovacích filtrů, napájecích zdrojů, zesilovačů a desek plošných spojů.
V příruční schránce každého motoristy najdete několik těchto elektrických spotřebičů. Proč jsou v autě potřebné kondenzátory? Tam se používají v zesilovacích zařízeních akustických systémů pro vysoce kvalitní reprodukci zvuku.
