Конденсаторы

1. Конденсатор – это элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрической емкости, то есть способности накапливать заряды.

2. Поясните назначение конденсатора. Приведите примеры.

В радиотехнической и телевизионной аппаратуре – для создания колебательных контуров, их настройки, блокировки, разделения цепей с различной частотой, в фильтрах выпрямителей и т.д. В радиолакационной технике – для получения импульсов большей мощности, формирования импульсов и т.д. В телефонии и телеграфии – для разделения цепей переменного и постоянного токов, разделения токов различной частоты, искрогашения в контактах, симметрирования кабельных линий и т.д. В автоматике и телемеханике – для создания датчиков на емкостном принципе, разделения цепей постоянного и пульсирующего токов, искрогашения в контактах, в схемах тиратронных генераторов импульсов и т.д. В технике счетно-решающих устройств – в специальных запоминающих устройствах и т.д. В электроизмерительной технике – для создания образцов емкости, получения переменной емкости (магазины емкости и лабораторные переменные конденсаторы), создания измерительных приборов на емкостном принципе и т. д. В лазерной технике – для получения мощных импульсов. для улучшения коэффициента мощности и промышленных установок (косинусные или шунтовые конденсаторы);

для продольной емкости компенсации дальних линий передач и для регулирования напряжения в распределительных сетях (серийные конденсаторы);

для емкостного отбора энергии от линий передач высокого напряжения и для подключения к линиям передач специальной аппаратуры связи и защитной аппаратуры (конденсаторы связи);

для защиты от перенапряжений;

для применения в схемах импульсов напряжения (ГИН) и генераторов мощных импульсов тока (ГИТ), используемых при испытаниях электротехнической аппаратуры;

для электрической сварки разрядом;

для пуска конденсаторных электродвигателей (пусковые конденсаторы) и для создания нужного сдвига фаз в дополнительной обмотке этих двигателей;

в устройствах освещения люминесцентными лампами;

для подавления радиопомех, создаваемых электрическими машинами и подвижным составом электрифицированного транспорта.

3. Поясните принцип работы конденсатора.

Конструктивно конденсатор представляет собой две обкладки, между которыми находится диэлектрик. Изолятор предотвращает перетекание электронов с одной пластины на другую, но предоставляет этим пластинам возможность накапливать их. Сначала одна пластина заряжается положительным зарядом, а вторая отрицательным. После того, как он зарядится полностью, он начинает разряжаться. После полного разряда он начинает заряжаться в обратном направлении. Та пластина, что была с положительным зарядом, заряжается отрицательным, а другая - положительным. Так до полного заряда и снова разряд.

4. Емкость конденсатора – это … Как она вычисляется?

Емкость конденсатора – электрическая емкость между электродами электрического конденсатора.

Емкость конденсатора вычисляется по формуле

,

где k – коэффициент пропорциальности электрода; e - диэлектрическая проницаемость материала прокладки; S – площадь перекрытия электродов; d - расстояние между электродами.

5. Удельная емкость конденсатора – это … Как она вычисляется?

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Удельная емкость конденсатора:

,

где C - емкость конденсатора, Ф; V – объем конденсатора, см³.

5. Перечислите признаки, по которым классифицируются конденсаторы. Приведите классификацию конденсаторов по назначению.

Существует классификация конденсаторов по назначению, по постоянству емкости, по материалу диэлектрика, по геометрической конфигурации диэлектрика, по способу защиты, по рабочему напряжению, стабильности, способу монтажа и другим признакам

- классификация конденсаторов по назначению представлена на рис. 11;

Рис. 11. Классификация резисторов по назначению

6. Перечислите признаки, по которым классифицируются конденсаторы. Приведите классификацию конденсаторов по постоянству емкости.

- классификация конденсаторов по постоянству емкости представлена на рис. 12.

Рис. 12. Классификация конденсаторов по постоянству емкости

7. Емкость некоторых конденсаторов зависит от значения воздействующих внешних факторов. Перечислите эти факторы. Приведите примеры конденсаторов.

Параметры конденсатора (С, Rn, Ry, δ) зависят от внешних условий его работы - температуры, влажности, атмосферного давления, а также от приложенного к нему напряжения.

8. В чем отличие (по назначению) подстроечных и регулировочных конденсаторов?

Подстроечные конденсаторы размещаются обычно внутри корпуса аппаратуры и служат для подстройки необходимых параметров при технологической регулировке, регулировочные конденсаторы размещаются обычно на лицевых панелях и предназначены для оперативной регулировки необходимых параметров оператором во время функционирования аппаратуры;

9. Перечислите признаки, по которым классифицируются конденсаторы. Приведите классификацию конденсаторов по материалу диэлектрика.

- классификация конденсаторов по материалу диэлектрика:

а) вакуумные;

б) воздушные;

в) с твердым неорганическим диэлектриком (слюдяные, керамические, стеклокерамические, стеклоэмалевые, пленочные);

г) с твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные);

д) оксидные (старое название – электролитические) алюминиевые, танталовые и ниобиевые.

10. Перечислите признаки, по которым классифицируются конденсаторы. Приведите классификацию конденсаторов геометрической конфигурации диэлектрика.

а) плоские;

б) цилиндрические;

в) спиральные (спиралевидные);

11. Какие конструктивные элементы (в общем случае) содержит конденсатор?

Конструкция конденсаторов в общем случае содержит элементы:

- диэлектрические прокладки в виде воздушного промежутка, пленки или ленты;

- проводящие электроды, на которых накапливается заряд;

- элементы соединения электродов и прокладок;

- выводы и элементы их соединения с электродами;

- элементы, обеспечивающие защиту от влаги;

- элементы механического соединения диэлектрических прокладок, электродов, выводов и элементов влагозащиты;

- элементы, обеспечивающие крепление конденсатора в аппаратуре;

- элементы, обеспечивающие электрический монтаж (подведение электрического напряжения и протекание электрического тока).

12. Приведите типовую конструкцию плоского однопластинчатого конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности прокладки.

Типовые конструкции конденсаторов:

а – конденсатор плоский; б – конденсатор плоский многопластинчатый; в – конденсатор цилиндрический; г – конденсатор спиральный (условно развернут); 1 – прокладка (прокладки); 2 – электроды; 3 – выводы

Прокладка является диэлектриком. В плоских конденсаторах с неорганическим диэлектриком прокладка, будучи механически достаточно прочной, является их конструкторско-механической основой (несущим элементом).

13. Приведите типовую конструкцию плоского однопластинчатого конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности электродов.

Проводящие электроды накапливают заряд. Обычно электроды непосредственно связываются с керамикой, например, выполняются в виде проводящих пленок на керамическом основании. Соединение выводов с электродами производится различными технологическими приемами.

Плоский многопластинчатый конденсатор собирается из нескольких прокладок и электродов, последние соединяются через одну параллельно.

14. Приведите типовую конструкцию плоского однопластинчатого конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности элементов защиты.

Элементы защиты защищают конденсаторы от влаги. Для влагозащиты керамического конденсатора принимают сравнительно простые меры. В большинстве случаев какими-либо технологическими методами на поверхность собранного конденсатора осаждают или наносят плёнку из материала с хорошими изоляционными свойствами и малой гигроскопичностью.

15. Приведите типовую конструкцию плоского многопластинчатого конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности прокладки.

См.12

Плоский многопластинчатый конденсатор собирается из нескольких прокладок и электродов, последние соединяются через одну параллельно.

16. Приведите типовую конструкцию плоского многопластинчатого конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности электродов.

См. 13

17. Приведите типовую конструкцию плоского многопластинчатого конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности элементов защиты.

См.14

18. Приведите типовую конструкцию цилиндрического конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности прокладки.

См.12

19. Приведите типовую конструкцию цилиндрического конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности электродов.

См. 13

20. Приведите типовую конструкцию цилиндрического конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности элементов защиты.

См.14

21.Приведите типовую конструкцию спирального конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности прокладки.

конденсатор изготавливается намоткой на специальных станках из лент диэлектрика (прокладка) и лент металлической фольги (электрод) или из металлизированных лент диэлектрика.

22.Приведите типовую конструкцию спирального конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности электродов.

23.Приведите типовую конструкцию спирального конденсатора. Опишите назначение и конструктивно-технологические особенности элементов защиты.

24.Приведите типовую конструкцию оксидного конденсатора. Каковы отличительные особенности оксидного конденсатора.?

Спиральная конструкция применяется также в оксидных конденсаторах, в которых диэлектрической прокладкой является тонкий слой оксидной пленки, нанесенной на ленту металла (алюминий, тантал или ниобий) электрохимическим путем.

Основным преимуществом оксидных конденсаторов является возможность получения больших емкостей при малых габаритах, так как изоляционная диэлектрическая прокладка может быть выполнена малой толщины, недостижимой при изготовлении прокладки из бумажной ленты, полистирольной пленки или других органических диэлектриков. Механической нагрузки оксидная пленка не несет, так как создается непосредственно на металле и неразрывно с ним связана.

25. Приведите типовую конструкцию оксидного конденсатора. Опишите конструктивно-технологические особенности униполярных и неполярных оксидных конденсаторов.

Оксидные конденсаторы могут иметь униполярную (одностороннюю) проводимость и выполняются жидкостными, объемно-пористыми и оксидно-полупроводниковыми. Анодом конденсатора является металл электрода или «таблетка», полученная спеканием металлического порошка (объемно-пористый анод). Другой электрод (катодом) такого конденсатора служит жидкий или полужидкий электролит, пропитывающий пористую структуру (бумагу или «таблетку») или пастообразный электролит. Неполярные оксидные конденсаторы выполняются с двумя электродами, на каждую из которых наносится оксидная пленка. Такие конденсаторы выполняются жидкостными и оксидно-полупроводниковыми. Неполярные конденсаторы имеют меньшую удельную емкость по сравнению с униполярными.

26. Опишите конструктивно-технологические особенности подстроечных конденсаторов. Каково их назначение? Какими недостатками они обладают.

Для подстроечных (полупеременных) конденсаторов конструктивной основной разновидностью является плоская (дисковая). В качестве диэлектрика в них используется конденсаторная керамика, из которой изготавливается статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная часть). Электрод в виде металлической пленки частично покрывают статор и ротор, поворот ротора относительно статора приводит к изменению активной площади (площади перекрытия) электрода и, как следствие, емкости. Наличие механических элементов и скользящего контакта приводит к значительному изменению паразитных свойств конденсатора в процессе эксплуатации, понижению его надежности при работе в условиях внешних воздействий.

27. Опишите конструктивно-технологические особенности регулировочных конденсаторов. Каково их назначение? Какими недостатками они обладают.

В регулировочных переменных конденсаторах в основном в качестве прокладки используются воздушные зазоры. Такие конденсаторы обладают высокой стабильностью и малыми потерями, однако имеют большие габариты и представляют сложную механическую конструкцию.

28. Перечислите основные электрические параметры конденсаторов. Что понимается под номинальной емкостью? От чего она зависит?

Основные электрические параметры конденсаторов:

1. Номинальная емкость и допуск

2. Температурный коэффициент емкости

3. Коэффициент старения

4. Номинальное напряжение (Uн).

6. Номинальная реактивная мощность

7. Номинальный реактивный ток

Номинальная емкость - значение емкости, на которое рассчитан конденсатор и которое указывается на конденсаторе и/или в нормативно-технической документации (НТД).

Зависит от геометрических размеров его обкладок, расстояния между ними и от материала диэлектрика.

29. Перечислите основные электрические параметры конденсаторов. Что понимается под отклонением емкости конденсатора, под допуском конденсатора?

ДОПУСК — разрешенное отклонение числового значения характеристики от её номинального значения

Перечислите основные электрические параметры конденсаторов. Что такое класс точности конденсатора? Чем он определяется? Что такое прецизионные конденсаторы?

Класс точности - характеристика конденсатора, определяющая допустимые отклонений, влияющих на точность измерения. Прецизионные (особо точные)

30. Перечислите основные электрические параметры и характеристики резисторов. Что такое температурный коэффициент емкости? Как он определяется?

Температурным коэффициентом емкости (ТКЕ) называется величина, характеризующая относительное изменение емкости конденсатора при изменении температуры на 1°С.

ТКЕ конденсатора a_С зависит от материала резистивного элемента и определяется по формуле

,

где Т – температура в градусах Цельсия; С_от – емкость конденсатора при номинальной температуре.

31. Перечислите основные электрические параметры и характеристики резисторов. Может ли быть температурный коэффициент емкости отрицательным? Какой тип изменений (обратимые или необратимые) характеризует этот коэффициент?

ТКЕ конденсаторов может быть положительным, нулевым или отрицательным, то есть емкость конденсатора при его нагреве может увеличиваться, остается постоянной или уменьшаться.

ТКЕ характеризует обратимые изменения емкости конденсатора вследствие изменения температуры окружающей среды или изменения электрической нагрузки.

32. Перечислите основные электрические параметры конденсаторов. Что понимается под коэффициентом старения? Как он вычисляется? Какой тип изменений (обратимые или необратимые) характеризует этот коэффициент?

Коэффициент старения - коэффициент, определяющий в основном изменение емкости конденсатора вследствие изменений свойств в основном диэлектрика с течением времени. ,

где t – время; С₀ – емкость конденсатора непосредственно после изготовления.

Старение материалов конденсатора вызывает необратимые изменения его свойств и параметров.

Приведите схему замещения постоянного конденсатора. Перечислите «паразитные» параметры.

Рис. 14. Схема замещения конденсатора:

С_В – емкость выводов; L_С – индуктивность конденсатора; С – емкость конденсатора; R_ИЗ – сопротивление изоляции; R_П – сопротивление потерь