Kondenzátor (a lat. condensare - "kompakt", "sűrűsödik" vagy a lat. condensatio - "felhalmozás") - egy kétterminális hálózat állandó vagy változó értékű kapacitással [1] és alacsony vezetőképességgel ; elektromos tér töltésének és energiájának felhalmozására szolgáló eszköz .
A kondenzátor egy passzív elektronikus alkatrész. SI-ben a kondenzátor kapacitását faradokban mérik .
1745 - ben Leidenben Ewald Jurgen von Kleist német kanonok és tőle függetlenül Pieter van Muschenbroek holland fizikus feltalálta az elektromos kondenzátor tervezési prototípusát - a " Leyden jar "-t [2] . Az első kondenzátorok, amelyek két, nem vezetővel ( dielektrikummal ) elválasztott vezetőből állnak, amelyeket általában Aepinus -kondenzátornak vagy elektromos lemeznek neveznek, még korábban készültek [3] .
A kondenzátor passzív elektronikai alkatrész [4] . A legegyszerűbb változatban a kialakítás két, lemezek (úgynevezett lemezek ) formájú elektródából áll, amelyeket dielektrikum választ el egymástól, és amelyek vastagsága kicsi a lemezek méreteihez képest (lásd az ábrát). A gyakorlatban használt kondenzátorok sok dielektromos réteggel és többrétegű elektródával, vagy váltakozó dielektrikumból és elektródákból álló csíkkal rendelkeznek, hengerbe vagy paralelcsőbe hengerelve , lekerekített négy éllel (a tekercselés miatt).
Az egyenáramú áramkörben lévő kondenzátor áramot tud vezetni abban a pillanatban, amikor rácsatlakozik az áramkörre (a kondenzátor tölt vagy tölt), az átállási folyamat végén az áram nem folyik át a kondenzátoron, mivel a lemezeit egymástól elválasztják. egy dielektrikum. A váltakozó áramú áramkörben a kondenzátor ciklikus újratöltésén keresztül váltakozó áramú rezgéseket vezet, amelyek az úgynevezett eltolási árammal záródnak .
Az összetett amplitúdók módszere szempontjából a kondenzátor összetett impedanciával rendelkezik
hol van a képzeletbeli egység , az áramló szinuszos áram ciklikus frekvenciája ( radián / s ), - frekvencia hertzben , a kondenzátor kapacitása ( farad ).Ebből az is következik, hogy a kondenzátor reaktanciája egyenlő Egyenáram esetén a frekvencia nulla, ezért egyenáram esetén a kondenzátor reaktanciája formálisan végtelen.
A frekvencia változásával a dielektrikum dielektromos permittivitása és a parazita paraméterek - öninduktivitás és veszteségellenállás - befolyásának mértéke megváltozik. Magas frekvenciákon bármely kondenzátor soros rezgőáramkörnek tekinthető, amelyet a kapacitás, a saját induktivitás és a veszteségállóság alkot .
A kondenzátor rezonancia frekvenciája:
Amikor egy váltóáramú áramkörben lévő kondenzátor induktorként viselkedik . Ezért tanácsos a kondenzátort csak olyan frekvencián használni , amelyen a reaktanciája kapacitív jellegű. Általában a kondenzátor maximális működési frekvenciája körülbelül 2-3-szor alacsonyabb, mint a rezonánsé.
A kondenzátor elektromos energiát tárolhat . Töltött kondenzátor energiája:
hol az a feszültség (potenciálkülönbség), amelyre a kondenzátort feltöltik, - elektromos töltés az egyik lemezen.Megnevezés a GOST 2.728-74 szerint |
Leírás |
---|---|
Fix kondenzátor | |
Polarizált (poláris) kondenzátor | |
Változó vágókondenzátor | |
Varicap |
Oroszországban a kondenzátorok hagyományos grafikus szimbólumaihoz a diagramokon javasolt a GOST 2.728-74 [5] vagy az IEEE 315-1975 nemzetközi szövetség szabványának használata.
Az elektromos kapcsolási rajzokon a kondenzátorok névleges kapacitását általában mikrofaradokban (1 μF = 1 10 6 pF = 1 10 -6 F) és pikofaradokban (1 pF = 1 10 -12 F), valamint nanofaradokban (1 nF = 1 10 −9 F). Legfeljebb 0,01 μF kapacitással a kondenzátor kapacitása pikofaradokban van feltüntetve, míg megengedett a mértékegység feltüntetése, vagyis a „pF” postfix elhagyása. A névleges kapacitás más mértékegységekben történő megadásakor adja meg a mértékegységet. Az elektrolit kondenzátorok, valamint a diagramokon szereplő nagyfeszültségű kondenzátorok esetében a névleges kapacitás kijelölése után a maximális üzemi feszültséget voltban (V) vagy kilovoltban (kV) jelzik. Például: "10 uF × 10 V". Változó kondenzátorok esetén adja meg a kapacitás változási tartományát, például: "10-180". Jelenleg a névleges kapacitású kondenzátorokat E3, E6, E12, E24 decimális-logaritmikus értéksorokból gyártják , vagyis évtizedenként 3, 6, 12, 24 érték van, így az értékek megfelelő tűréshatárral (szórással) lefedi a teljes évtizedet.
A kondenzátor fő jellemzője a kapacitása , amely a kondenzátor elektromos töltés felhalmozási képességét jellemzi . A névleges kapacitás értéke a kondenzátor megnevezésében jelenik meg, míg a tényleges kapacitás számos tényezőtől függően jelentősen változhat. A kondenzátor tényleges kapacitása határozza meg elektromos tulajdonságait. Tehát a kapacitás definíciója szerint a lemez töltése arányos a lemezek közötti feszültséggel ( q = CU ). A tipikus kapacitásértékek a pikofaradoktól a több ezer mikrofaradig terjednek. Vannak azonban olyan kondenzátorok ( ionisztorok ), amelyek kapacitása akár több tíz farad is lehet.
Egy lapos kondenzátor kapacitását, amely két párhuzamos, S területű, egymástól d távolságra elhelyezkedő fémlemezből áll , az SI rendszerben a következő képlettel fejezzük ki:
hol a lemezek közötti teret kitöltő közeg permittivitása (vákuumban egyenlő az egységgel), - elektromos állandó , számszerűen egyenlő 8,854187817⋅10 −12 F/m.Ez a képlet csak akkor érvényes, ha d sokkal kisebb, mint a lemezek lineáris mérete.
A nagy kapacitások eléréséhez a kondenzátorokat párhuzamosan kell csatlakoztatni. Ebben az esetben az összes kondenzátor lemezei közötti feszültség azonos. A párhuzamosan kapcsolt kondenzátorok akkumulátorának teljes kapacitása megegyezik az akkumulátorban lévő összes kondenzátor kapacitásának összegével:
vagyHa az összes párhuzamosan kapcsolt kondenzátornak azonos távolsága van a lemezek és a dielektrikum tulajdonságai között, akkor ezek a kondenzátorok egy nagy kondenzátorként ábrázolhatók, kisebb területű töredékekre osztva.
A kondenzátorok sorba kapcsolásakor az összes kondenzátor töltése azonos, mivel az áramforrásból csak a külső elektródákhoz jutnak, a belső elektródákon pedig csak az egymást korábban semlegesítő töltések elválasztása miatt. . A sorba kapcsolt kondenzátorokból álló akkumulátor teljes kapacitása :
vagy:
Ez a kapacitás mindig kisebb, mint az akkumulátorban található kondenzátor minimális kapacitása. Sorba kapcsolva azonban csökken a kondenzátorok meghibásodásának lehetősége , mivel mindegyik kondenzátor csak egy részét teszi ki a feszültségforrás potenciálkülönbségének.
Ha az összes sorosan kapcsolt kondenzátor lemezeinek területe azonos, akkor ezek a kondenzátorok egy nagy kondenzátorként ábrázolhatók, amelynek lemezei között az összes kondenzátor dielektromos lemezei vannak.
Fajlagos kapacitásA kondenzátorokat fajlagos kapacitás is jellemzi - a kapacitás és a dielektrikum térfogatának (vagy tömegének) aránya. A fajlagos kapacitás maximális értékét a dielektrikum minimális vastagságánál érjük el, azonban az áttörési feszültsége csökken.
EnergiasűrűségAz elektrolit kondenzátor energiasűrűsége a tervezéstől függ. A maximális sűrűséget nagy kondenzátorokban érik el, ahol a ház tömege kicsi a lemezek és az elektrolit tömegéhez képest. Például egy 12 000 uF kapacitású EPCOS B4345 kondenzátornál , amelynek maximális megengedett feszültsége 450 V és tömege 1,9 kg , az energiasűrűség maximális feszültség mellett 639 J/kg vagy 845 J/l. Ez a paraméter különösen fontos, ha kondenzátort használnak energiatároló eszközként, majd azonnali kioldást követnek, például egy Gauss pisztolyban .
Névleges feszültségA kondenzátorok másik ugyanolyan fontos jellemzője a névleges feszültség - a kondenzátoron feltüntetett feszültségérték, amelyen az élettartama során meghatározott körülmények között tud működni, miközben a paramétereket elfogadható határokon belül tartja.
A névleges feszültség a kondenzátor kialakításától és a felhasznált anyagok tulajdonságaitól függ. A kondenzátor üzemi feszültsége nem lehet nagyobb, mint a névleges feszültség.
PolaritásSok oxid-dielektromos ( elektrolitikus ) kondenzátor csak a megfelelő feszültségpolaritással működik, az elektrolit és a dielektrikum kölcsönhatásának kémiai természete miatt. Fordított feszültség polaritással az elektrolit kondenzátorok általában meghibásodnak a dielektrikum kémiai megsemmisülése miatt, amit az áram növekedése, az elektrolit felforrása követ , és ennek eredményeként a ház felrobbanásának valószínűsége .
Pusztulásveszély (robbanás)Az elektrolitkondenzátorok felrobbanása meglehetősen gyakori jelenség. A robbanások fő oka a kondenzátor túlmelegedése, amelyet a legtöbb esetben szivárgás vagy az ekvivalens soros ellenállás növekedése okoz (az impulzusos készülékeknél). A modern számítógépekben a kondenzátorok túlmelegedése a meghibásodásuk gyakori oka a hőforrásokhoz való közelségük miatt, például a hűtőradiátor mellett.
A modern, nagy kapacitású kondenzátorok egyéb részei és a személyzet sérülésének csökkentése érdekében kifúvó biztonsági szelepet kell beépíteni, vagy bevágást kell végrehajtani a testen (gyakran kereszt vagy X betűk formájában látható , Y, K vagy T hengeres test végén, esetenként nagy méretű kondenzátorokon műanyag borítással van ellátva). A belső nyomás növekedésével a szelepdugó kiütődik, vagy a test megsemmisül a bemetszés mentén, az elektrolit gőzök maró gázok, sőt folyadékfröccsenések formájában távoznak. Ebben az esetben a kondenzátorház megsemmisülése robbanás, lemezek szétszóródása és elválasztó nélkül történik.
A régi elektrolit kondenzátorok hermetikus tokban készültek és tokjuk kialakítása nem biztosította a robbanásvédelmet. A töredezettség sebessége az elavult kondenzátorok házának robbanása során elegendő lehet egy személy sérüléséhez.
Az elektrolitikus kondenzátorokkal ellentétben a tantál (oxid félvezető) kondenzátorok robbanékonysága annak a ténynek köszönhető, hogy az ilyen kondenzátor valójában egy robbanásveszélyes keverék: a tantál üzemanyagként, a mangán-dioxid pedig oxidálószerként szolgál , és mindkét komponens keveredik a kondenzátorban. kondenzátor kialakítása finom por formájában . Ha egy kondenzátor meghibásodik, vagy a feszültség polaritása megváltozik, az áram áramlása során felszabaduló hő reakciót indít el ezen alkatrészek között, amely vattával erős villanás formájában megy végbe, amit szikrák és a szikradarabok szétszóródása kísér. ügy. Egy ilyen robbanás ereje meglehetősen nagy, különösen nagy kondenzátorok esetén, és nemcsak a szomszédos rádióelemeket, hanem a táblát is károsíthatja. Több kondenzátor szoros elrendezésével át lehet égetni a szomszédos kondenzátorok házait, ami az egész csoport egyidejű felrobbanásához vezet.
A valódi kondenzátorok a kapacitáson kívül saját soros és párhuzamos ellenállással és induktivitásukkal is rendelkeznek . A gyakorlathoz kellő pontossággal egy valós kondenzátor ekvivalens áramköre ábrázolható az ábrán látható módon, ahol minden kétterminális hálózatot ideálisnak feltételezünk.
A kondenzátor dielektromos szigetelési ellenállása, felületi szivárgása és önkisüléseA szigetelési ellenállás a kondenzátor egyenáramú ellenállása, amelyet a következő képlet ad meg:
hol van a kondenzátorra adott feszültség; - szivárgási áram.A lemezek közötti dielektromos rétegen és a dielektrikum felülete mentén átfolyó szivárgó áram miatt az előtöltött kondenzátor idővel töltést veszít (kondenzátor önkisülés). A kondenzátorok specifikációiban gyakran a szivárgási ellenállást a kondenzátor önkisülési időállandója határozza meg , amely számszerűen megegyezik a kapacitás és a szivárgási ellenállás szorzatával:
ahol - az az idő, amely alatt a külső áramkörhöz nem csatlakoztatott kondenzátor kezdeti feszültsége e - szeresére csökken .A jó polimer és kerámia dielektrikumú kondenzátorok önkisülési időállandója több százezer órát is elér.
Egyenértékű soros ellenállás - R sAz ekvivalens soros ellenállás elsősorban a kondenzátor lemezeinek és vezetékeinek anyagának elektromos ellenállásából és a köztük lévő érintkezőkből adódik, és figyelembe veszi a dielektrikum veszteségeit is. Jellemzően az ESR a kondenzátoron átfolyó áram növekvő frekvenciájával növekszik, a bőrhatás miatt .
A legtöbb gyakorlati esetben ez a paraméter elhanyagolható, de néha (például elektrolit kondenzátorok használata esetén a kapcsolóüzemű tápegységek szűrőiben ) kellően kis értéke elengedhetetlen a készülék megbízhatósága és stabilitása szempontjából. Azokban az elektrolitkondenzátorokban, ahol az egyik elektróda egy elektrolit , ez a paraméter működés közben idővel leromlik a folyékony elektrolitból az oldószer elpárolgása és a fémlemezekkel való kölcsönhatás miatti kémiai összetételének megváltozása miatt, ami viszonylag gyorsan megy végbe alacsony hőmérsékleten. -minőségi termékek (" kondenzátorpestis ").
Egyes áramkörök (például feszültségstabilizátorok) kritikusak az áramköreikben lévő kondenzátorok ESR-tartománya szempontjából. Ez annak köszönhető, hogy az ilyen eszközök tervezésekor a mérnökök ezt a paramétert figyelembe veszik a stabilizátor visszacsatolása fázis-frekvenciás karakterisztikájánál (PFC). Az alkalmazott kondenzátorok ESR-ében bekövetkező jelentős időbeli változás megváltoztatja a fázisválaszt, ami az autoregulációs hurkok stabilitási határának csökkenéséhez, sőt öngerjesztéshez vezethet.
Ennek a meglehetősen fontos kondenzátorparaméternek a mérésére speciális eszközök ( ESR-meter ) léteznek, amelyekkel gyakran meg lehet állapítani, hogy bizonyos célokra alkalmas-e további felhasználása. Ez a paraméter a kapacitás mellett (a kapacitás a fő paraméter) sokszor meghatározó egy régi kondenzátor állapotának vizsgálatában és annak eldöntésében, hogy érdemes-e használni egy bizonyos áramkörben, vagy előre láthatóan kimegy a tűréshatáron.
Egyenértékű soros induktivitásAz egyenértékű soros induktivitás elsősorban a kondenzátor lemezeinek és vezetékeinek öninduktivitásának köszönhető. Ennek az elosztott parazita induktivitásnak az eredménye, hogy a kondenzátor karakterisztikus természetes rezonanciafrekvenciájú oszcilláló áramkörré alakul . Ez a frekvencia mérhető, és általában a kondenzátor paraméterei között van megadva vagy kifejezetten, vagy ajánlott maximális működési frekvenciaként.
ÖnkisülésAz előre feltöltött kondenzátor idővel elveszíti a tárolt energiát a lemezek közötti dielektromos rétegen átfolyó szivárgó áram miatt. A kondenzátorokról szóló kézikönyvekben gyakran megadják a kondenzátor önkisülési időállandóját, amely számszerűen megegyezik a kapacitás és a szivárgási ellenállás szorzatával. Ez az az idő, amely alatt a kezdeti feszültség a leválasztott kondenzátoron e -szeresére csökken .
A dielektromos veszteség érintőjeA dielektromos veszteség érintője a komplex permittivitás képzeletbeli és valós részének aránya .
A kondenzátor energiaveszteségét a dielektrikum és a lemezek veszteségei határozzák meg. Amikor váltóáram folyik át a kondenzátoron, a feszültség- és áramvektorok egy szöggel eltolódnak, ahol δ a dielektromos veszteség szöge. Veszteségek hiányában δ = 0 . A veszteségi szög érintőt a P a hatásos teljesítmény és a P p meddőteljesítmény aránya határozza meg egy bizonyos frekvenciájú szinuszos feszültség mellett. A tan δ reciprokát a kondenzátor minőségi tényezőjének nevezzük . A minőségi tényező és a veszteségtangens kifejezéseket az induktorokra és a transzformátorokra is használják .
Temperature Coefficient of Capacitance ( TKE )A TKE a kapacitás relatív változása, amikor a környezeti hőmérséklet egy Celsius-fokkal (kelvin) változik. A TKE meghatározása a következő:
ahol a hőmérséklet változása által okozott kapacitásváltozás .Így a kapacitás változása a hőmérséklet függvényében (nem túl nagy hőmérséklet-változás mellett) lineáris függvényként fejeződik ki:
ahol a hőmérséklet változása °C -ban vagy K -ban a normál körülményekhez képest, amelyek mellett a kapacitásértéket meghatározzák, - kapacitás normál körülmények között.A TKE -t olyan kondenzátorok jellemzésére használják, amelyek kapacitása csaknem lineáris a hőmérséklet függvényében. A TKE azonban nincs feltüntetve minden típusú kondenzátor specifikációjában.
Azon kondenzátorok esetében, amelyek kapacitása jelentősen nem lineárisan függ a hőmérséklettől, valamint azoknál a kondenzátoroknál, amelyek kapacitása a környezeti hőmérséklet hatása miatt nagymértékben változik, az előírások normalizálják a kapacitás relatív változását az üzemi hőmérsékleti tartományban vagy diagram formájában. a kapacitás a hőmérséklet függvényében.
Dielektromos abszorpcióHa egy feltöltött kondenzátort kis ellenállású terhelés csatlakoztatásával gyorsan nullára kisütünk, majd eltávolítjuk a terhelést, és megfigyeljük a feszültséget a kondenzátor kivezetésein, akkor látni fogjuk, hogy a feszültség újra megjelenik a lemezeken, mintha nem merítettük volna le. a kondenzátort nullára. Ezt a jelenséget dielektromos abszorpciónak (dielektromos abszorpciónak) nevezik. A kondenzátor úgy viselkedik, mintha több sor RC áramkör lenne vele párhuzamosan kapcsolva , különböző időállandókkal . Ennek a hatásnak a megnyilvánulásának intenzitása elsősorban a kondenzátor dielektrikumának tulajdonságaitól függ.
Hasonló hatás szinte minden típusú dielektrikumnál megfigyelhető. Az elektrolit kondenzátorokban különösen fényes, és az elektrolit és a lemezek közötti kémiai reakciók eredménye. Szilárd dielektrikummal (például kerámiával és csillámmal) rendelkező kondenzátorok esetében a hatás a dielektrikum maradandó polarizációjának köszönhető . A nem poláris dielektrikumú kondenzátorok a legalacsonyabb dielektromos abszorpcióval rendelkeznek: teflon ( PTFE ), polisztirol , polipropilén stb.
A hatás a kondenzátor töltési idejétől, a rövidülési időtől, esetenként a hőmérséklettől függ. Az abszorpció mennyiségi értékét általában az abszorpciós együtthatóval jellemezzük , amelyet standard körülmények között határoznak meg.
A hatás miatt különös figyelmet kell fordítani az egyenáramú mérőáramkörökre: precíziós integráló erősítőkre, mintavételező eszközökre, néhány kapcsolt kondenzátoráramkörre .
Parazita piezoelektromos hatásA kondenzátorokban dielektrikumként használt számos kerámiaanyag (például a bárium-titanát , amelynek nagyon nagy a dielektromos állandója nem túl erős elektromos mezőkben ) piezoelektromos hatást mutat – képes feszültséget generálni a lemezeken a mechanikai deformációk során. Ez jellemző a piezoelektromos dielektrikumokkal rendelkező kondenzátorokra. A piezoelektromos hatás elektromos interferenciát okoz az ilyen kondenzátorokat használó eszközökben, amikor akusztikus zaj vagy rezgés éri a kondenzátort. Ezt a nemkívánatos jelenséget néha „ mikrofoneffektusnak ” is nevezik.
Ezenkívül az ilyen dielektrikumok fordított piezoelektromos hatást is mutatnak - váltakozó feszültségű áramkörben működve a dielektrikum váltakozó deformációja következik be, akusztikus rezgéseket generálva, amelyek további elektromos veszteségeket generálnak a kondenzátorban.
ÖngyógyítóA fémezett elektródával (papír és film dielektrikummal) ellátott kondenzátorok fontos tulajdonsága az öngyógyító elektromos szilárdság a dielektrikum meghibásodása után. Az öngyógyítás mechanizmusa abban áll, hogy a dielektrikum lokális meghibásodását követően mikroíves elektromos kisüléssel elégetik az elektróda fémezését.
A kondenzátorok fő osztályozása a kondenzátorban lévő dielektrikumok típusán alapul. A dielektrikum típusa határozza meg a kondenzátorok fő elektromos paramétereit: szigetelési ellenállás, kapacitásstabilitás, veszteség stb.
A dielektrikum típusa szerint megkülönböztetik:
Ezenkívül a kondenzátorok különböznek a kapacitásuk megváltoztatásának lehetőségétől:
A céltól függően a kondenzátorok feltételesen oszthatók általános célú és speciális kondenzátorokra. Az általános célú kondenzátorokat szinte a legtöbb típusú és osztályú berendezésben használják. Hagyományosan ezek közé tartoznak a legelterjedtebb kisfeszültségű kondenzátorok, amelyekre nem vonatkoznak különleges követelmények. Az összes többi kondenzátor különleges. Ide tartoznak a nagyfeszültségű, impulzusos, zajcsökkentő, dozimetrikus , indító- és egyéb kondenzátorok.
A kondenzátorokat a lemezek alakja is megkülönbözteti: lapos, hengeres, gömb alakú és mások.
Név | Kapacitás | Elektromos mező | Rendszer |
---|---|---|---|
Lapos kondenzátor | |||
Hengeres kondenzátor | |||
Gömb alakú kondenzátor | |||
Kondenzátor típusa | Használt dielektrikum | Jellemzők/alkalmazások | Hibák |
---|---|---|---|
Szilárd szerves dielektrikummal ellátott kondenzátorok | |||
papír kondenzátorok | |||
AC olajkondenzátorok | Olajozott papír | Főleg úgy tervezték, hogy nagyon nagy kapacitásokat biztosítson ipari váltakozó áramú alkalmazásokhoz, miközben nagy áramokat és nagy feszültségcsúcsokat kezel a hálózati frekvencián. Feladataik közé tartozik a váltakozó áramú villanymotorok indítása, üzemeltetése, fázisleválasztás, teljesítménytényező korrekció, feszültségstabilizálás, vezérlőberendezésekkel végzett munka stb. | Korlátozza az alacsony működési frekvencia, mert magas frekvenciákon nagy a dielektromos veszteségük. |
DC olajkondenzátorok | Papír vagy PET -tel való kombinációja | Egyenáramú működésre tervezve szűrésre, feszültség megkettőzésére, ívgyulladás megelőzésére, bypass és csatoló kondenzátorként | Hullámozás esetén az üzemi feszültség csökkentése szükséges a gyártó által megadott ütemezések szerint. Nagyobbak a polimer dielektrikumokkal rendelkező analógokhoz képest. |
Papír kondenzátorok | Papír/impregnált papír | Az impregnált papírt széles körben használták régebbi kondenzátorokban. Impregnálásként viaszt, olajat vagy epoxigyantát használtak. Néhány ilyen kondenzátort még mindig nagyfeszültségű működésre használnak, de a legtöbb esetben ma már filmkondenzátorokat használnak helyette. | Nagy méretű. Magas higroszkóposság , melynek köszönhetően műanyag tokkal és impregnálással is felszívják a levegőből a nedvességet. A felszívódott nedvesség rontja a teljesítményüket azáltal, hogy növeli a dielektromos veszteséget és csökkenti a szigetelési ellenállást. |
Fémezett papír kondenzátorok | Papír | Kisebb méretű, mint a papírfólia kondenzátorok | Csak kisáramú alkalmazásokhoz alkalmas. Ehelyett a fémezett filmkondenzátorokat kezdték széles körben használni. |
Energiatároló kondenzátorok | Kondenzátoros nátronpapír , ricinusolajjal vagy hasonló, nagy dielektromos állandójú folyadékkal impregnálva és fóliacsíkokkal | Impulzus üzemmódban történő működésre tervezték, nagy kisülési áram mellett. Jobban tolerálják a feszültségváltást, mint sok polimer dielektrikum. Általában impulzuslézerekben, Marx-generátorokban , impulzushegesztésben , elektromágneses alakításban és más olyan alkalmazásokban használják , amelyek nagy teljesítményű impulzusokat igényelnek . | Nagyok és nehezek. Energiafogyasztásuk jóval kisebb, mint a polimer dielektrikumokat használó kondenzátoroké. Öngyógyításra nem képes. Egy ilyen kondenzátor meghibásodása katasztrofális lehet a nagy mennyiségű tárolt energia miatt. |
filmkondenzátorok | |||
Polietilén-tereftalát kondenzátorok | Polietilén-tereftalát fólia | Kevesebb, mint a hasonló jellemzőkkel rendelkező papír vagy polipropilén kondenzátorok. Használhatnak fóliacsíkokat, fémezett fóliát vagy mindkettő kombinációját. A PET kondenzátorok szinte teljesen felváltották a papírkondenzátorokat olyan alkalmazásokban, ahol egyenáramú (DC) működésre van szükség. Egyenáram mellett akár 60 kilovolt üzemi feszültséggel, 125 °C-os üzemi hőmérséklettel rendelkeznek. Alacsony higroszkópossággal rendelkeznek. | A hőmérséklet-stabilitás alacsonyabb, mint a papíré. Használhatók alacsony frekvenciájú váltóárammal, de nem alkalmasak nagyfrekvenciára a dielektrikum túlmelegedése miatt. |
Poliamid kondenzátorok | Poliamid | Üzemi hőmérséklet 200 °C-ig. Nagy szigetelési ellenállás, jó stabilitás, kis veszteség érintő érintő. | Nagy méret és magas ár. |
Kapton kondenzátorok | Kapton poliimid fólia márka | Hasonló a PET-hez, de lényegesen magasabb üzemi hőmérséklettel rendelkezik ( 250 °C-ig). | Drágább, mint a PET. A hőmérséklet-stabilitás alacsonyabb, mint a papírkondenzátoroké. Csak alacsony frekvenciájú váltóáramnál is használhatók, mivel nagy frekvenciákon a dielektrikum erősen felmelegszik. |
Polikarbonát kondenzátorok | Polikarbonát | Jobb szigetelési ellenállással, veszteségi tangenssel és dielektromos adszorpcióval rendelkeznek, mint a polisztirol kondenzátorok. Jobb a nedvességállóságuk. A hőmérsékleti együttható körülbelül ±80 ppm. Teljes üzemi feszültségnek ellenáll a teljes hőmérsékleti tartományban ( -55°C és 125°C között) | A maximális üzemi hőmérséklet 125°C-ra korlátozódik. |
Poliszulfon kondenzátorok | poliszulfon | Hasonló a polikarbonáthoz. Teljes névleges feszültséget képes ellenállni viszonylag magas hőmérsékleten. A nedvességfelvétel körülbelül 0,2%, ami korlátozza a stabilitásukat. | Alacsony elérhetőség és magas költségek. |
Polipropilén kondenzátorok | Polipropilén | Rendkívül alacsony veszteségű tangens, nagyobb dielektromos szilárdság, mint a polikarbonát és PET kondenzátoroké. Alacsony higroszkóposság és magas szigetelési ellenállás. Használhatnak fóliacsíkokat, fémezett fóliát vagy mindkettő kombinációját. A fólia kompatibilis az öngyógyító technológiával , ami javítja a megbízhatóságot. Magas frekvencián, még nagy teljesítményen is működhetnek, például indukciós fűtésre (gyakran vízhűtéssel együtt), a nagyon alacsony dielektromos veszteség miatt. Nagyobb kapacitással és üzemi feszültséggel, például 1-100 mikrofaraddal és 440 V AC-ig terjedő feszültséggel, indítóként használhatók bizonyos egyfázisú villanymotorok esetében. | Hajlamosabbak a tranziens túlfeszültségek vagy fordított polaritás okozta károkra, mint az olajjal átitatott papírkondenzátorok. |
Polisztirol kondenzátorok | Polisztirol | Kiváló nagyfrekvenciás filmkondenzátorok általános használatra. Kiváló stabilitással, nagy nedvességállósággal és alacsony negatív hőmérsékleti együtthatóval rendelkeznek, lehetővé téve, hogy más alkatrészek pozitív hőmérsékleti együtthatóját kompenzálják. Ideális kis teljesítményű RF és precíziós analóg alkalmazásokhoz. | A maximális üzemi hőmérséklet 85 °C-ra korlátozódik. Viszonylag nagy méretű. |
Fluoroplasztikus kondenzátorok | Politetrafluor-etilén | Kiváló nagyfrekvenciás filmkondenzátorok általános használatra. Nagyon alacsony dielektromos veszteség. Üzemi hőmérséklet 250°C-ig, nagyon magas szigetelési ellenállás, jó stabilitás. Kritikus feladatoknál használják. | Nagy méret az alacsony dielektromos állandó miatt, magasabb ár a többi kondenzátorhoz képest. |
Fémezett polietilén-tereftalát és polikarbonát kondenzátorok | PET vagy polikarbonát | Megbízható és sokkal kisebb. Vékony bevonattal öngyógyító tulajdonságokat lehet adni nekik. | A vékony bevonat korlátozza a maximális áramerősséget. |
Szilárd szervetlen dielektrikummal ellátott kondenzátorok | |||
Többszintű lemezes csillám kondenzátorok | Csillámpala | E kondenzátorok előnyei azon a tényen alapulnak, hogy dielektrikum inert. Nem változik az idő múlásával sem fizikailag, sem kémiailag, és jó a hőmérsékletstabilitása is. Nagyon nagy ellenállásuk van a koronakisülésekkel szemben. | Megfelelő tömítés nélkül érzékenyek a nedvességre, ami rontja paramétereiket. Magas ár a dielektrikum ritkasága és kiváló minősége, valamint a kézi összeszerelés miatt. |
Fémezett vagy ezüst csillám kondenzátorok | Csillámpala | Ugyanazok az előnyök, amellett, hogy jobban ellenáll a nedvességnek. | magasabb ár. |
Üveg kondenzátorok | Üveg | Hasonló a csillámhoz. A stabilitás és a frekvenciaválasz jobb, mint a csillám. Nagyon megbízható, nagyon stabil, ellenáll a sugárzásnak. | Magas ár. |
Hőmérséklet-kompenzált kerámia kondenzátorok | Titanátok összetett vegyületeinek keveréke | Olcsó, miniatűr, kiváló nagyfrekvenciás jellemzőkkel és jó megbízhatósággal rendelkezik. A kapacitás előre látható lineáris változása a hőmérséklet függvényében. Vannak olyan termékek, amelyek 15 kV-ig ellenállnak. | Kapacitásváltozás különböző alkalmazott feszültségeknél, frekvenciáknál, az öregedés függvényében. |
Nagy dielektromos állandójú kerámia kondenzátorok | Bárium-titanát alapú dielektrikumok | Kisebb, mint a hőmérséklet-kompenzált kondenzátorok a nagyobb dielektromos állandó miatt. 50 kV feszültségig elérhető. | Kisebb a hőmérséklet-stabilitásuk, a kapacitás jelentősen változik a különböző alkalmazott feszültségeknél. |
Kondenzátorok oxid dielektrikummal | |||
Alumínium elektrolit kondenzátorok | Alumínium-oxid | Hatalmas kapacitás/térfogat arány, olcsó, poláris. Főleg simító- és tápkondenzátorként használják tápegységekben. A 105 °C -os maximálisan megengedhető üzemi hőmérsékletű kondenzátor MTBF értéke 50 000 óráig számítható 75 °C hőmérsékleten | A nagy szivárgási áramok, a nagy ekvivalens soros ellenállás és az induktivitás korlátozza a nagy frekvenciákon történő alkalmazásukat. Alacsony hőmérsékleti stabilitásúak és gyenge paramétereltérésük van. Felrobbanhat a megengedett paraméterek túllépése és/vagy túlmelegedése esetén fordított feszültség alkalmazásakor. A maximális feszültség körülbelül 500 volt. |
Tantál kondenzátorok | Tantál -oxid | Nagy kapacitás/térfogat arány, kis méret, jó stabilitás, széles üzemi hőmérséklet-tartomány. Széles körben használják miniatűr berendezésekben és számítógépekben. Poláris és nem poláris változatban is kapható. A szilárd tantál kondenzátorok sokkal jobb teljesítményt nyújtanak, mint a folyékony elektrolitos kondenzátorok. | Drágább, mint az alumínium elektrolit kondenzátorok. A maximális feszültséget egy kb . 50 V -os rúd korlátozza. A megengedett áram, feszültség vagy feszültségnövekedési sebesség túllépésekor, valamint rossz polaritású feszültség alkalmazásakor felrobbannak. |
Nióbium kondenzátorok | Nióbium -oxid | ? | ? |
Szilárd kondenzátorok | Alumínium-oxid , tantál -oxid | A hagyományos folyékony elektrolit helyett speciális vezetőképes szerves polimert vagy polimerizált szerves félvezetőt használnak. Az MTBF körülbelül 50 000 óra 85 °C - on. Az ESR kisebb, mint a folyékony-elektrolitikusé, és gyengén függ a hőmérséklettől. Nem robbannak fel. | Drágább a szokásosnál. 105 °C - on az élettartama megegyezik a hagyományos elektrolitikusokéval. Üzemi feszültség 35 V -ig. |
Elektromos kétrétegű kondenzátorok | |||
Elektromos kétrétegű kondenzátorok ( ionisztorok ) | Vékony elektrolit réteg és aktív szén | Hatalmas kapacitás a térfogathoz képest, kis méret. Több száz faradban kapható. Jellemzően a berendezések ideiglenes áramellátására szolgál az elemek cseréjekor. Nagyobb áramerősséggel tölthetők és kisüthetők, mint az akkumulátorok, és nagyon sok töltési-kisütési ciklusuk van. Polarizált, alacsony névleges feszültségű (V/kondenzátorcella). A cellák csoportjait sorba kell kötni a teljes üzemi feszültség növelése érdekében, míg a feszültségkiegyenlítő eszközök használata kötelező. | Viszonylag magas költség, nagy egyenértékű soros ellenállás (alacsony kisülési áramok), nagy szivárgási áramok. |
Li-ion kondenzátorok | lítium -ion | A lítium-ion kondenzátorok energiakapacitása nagyobb, összehasonlítható az akkumulátorokkal , biztonságosabb, mint az akkumulátorok ( lítium-galvánelemek vagy lítium-ion akkumulátorok [ mi? ][ pontosítás ] ), amelyben heves kémiai reakció kezdődik magas hőmérsékleten. Az ionisztorokhoz képest nagyobb a kimeneti feszültségük. Fajlagos teljesítményük hasonló, de a Li-ion kondenzátorok energiasűrűsége sokkal nagyobb [8] . | Új technológia, amelyet még nem alkalmaztak széles körben. |
Vákuumkondenzátorok | |||
Vákuumkondenzátorok | A vákuumkondenzátorok üveg- vagy kerámia lámpákat használnak koncentrikus hengeres elektródákkal. | Rendkívül alacsony veszteség. Nagy teljesítményű, nagyfeszültségű RF alkalmazásokhoz, például indukciós fűtéshez használják ahol még kis veszteségek is a kondenzátor túlzott felmelegedéséhez vezetnek. Korlátozott áram mellett a szikrák öngyógyulhatnak. | Nagyon magas ár, törékenység, nagy méret, kis kapacitás. |
A kondenzátorokat az elektrotechnika szinte minden területén használják.
Két rendszer létezik a szovjet / orosz kondenzátorok kijelölésére: alfabetikus (régi) és digitális (új).
Régi jelölésA betűrendszer az 1960 előtt tervezett kondenzátorokra vonatkozik. Ebben a rendszerben az első K betű kondenzátort jelent, a második a dielektrikum típusát (B - papír, C - csillám, K - kerámia, E - elektrolitikus és így tovább ...), a harmadik - tervezési jellemzők ( tömítettség vagy működési feltételek). A jelölés egyszerűsítése érdekében az első K betűt gyakran kihagyják, így a második és az azt követő [10] marad .
Új jelölésAz új (digitális) jelölési rendszernek megfelelően a kondenzátorokat a dielektrikum típusa, rendeltetése és kivitele szerint csoportokba osztják [11] . E rendszer szerint az első "K" betű "kondenzátort" jelent, ezt követi egy szám, amely a dielektrikum típusát jelzi, és egy betű, amely jelzi, hogy a kondenzátor mely áramkörökben használható; utána a fejlesztési szám vagy a tervezési változatot jelző betű [12] .
Az áttörési feszültség és az az idő közötti kapcsolat , amely alatt ez a feszültség a kondenzátor kapcsaira kerül. Ezt az empirikus képlet határozza meg, ahol a dielektrikum tulajdonságaitól függő állandó együttható,
Meghibásodási arány 1 órás működésre normál körülmények között. Átlagos idő az első hirtelen meghibásodásig: , ahol a dielektrikum tulajdonságaitól függő állandó együttható, a megengedett feszültség, az üzemi feszültség.
A hőmérséklet hatását az élettartamra a következő képlet fejezi ki: ahol állandó kapacitású papír-, csillám- és kerámiakondenzátoroknál, üvegfóliánál, és - a kondenzátor élettartama hőmérsékleten , ill.