Конденсатор представляет собой пассивный электронный компонент, используемый для хранения электрической энергии. Его ядро состоит из двух проводников (обычно металлических пластин), которые изолированы друг от друга и расположены близко друг к другу. Когда напряжение постоянного тока подается на концы конденсатора, положительные и отрицательные заряды накапливаются на каждой из двух пластин, создавая электростатическое поле между ними. Этот процесс разделения заряда и установки электрического поля обеспечивает хранение электрической энергии, а емкость конденсатора определяет его емкость хранения энергии. Конденсаторы могут быстро реагировать на изменения напряжения во время зарядки и разрядки, что делает их ценными для широкого спектра применения в электронных цепях.
Классификация конденсаторов
1. Конденсаторы общего назначения
В основном включают керамические конденсаторы (например, высокочастотные цепи в MLCC), пленочные конденсаторы (например, полиэфирные конденсаторы, полистирольные конденсаторы и т.д.) с хорошей стабильностью, низкой диэлектрической потерей, широко используемые в сцепных, обходных, осцилляционных и других обычных цепях.
2. Электролитические конденсаторы
Представленные алюминиевыми электролитическими конденсаторами и танталовыми электролитическими конденсаторами, они имеют преимущества большой емкости и небольшого объема. Они используются главным образом в таких сценариях, как фильтрация источника питания (например, выход коммутационного источника питания), хранение энергии и связь низкочастотных сигналов.
3. Регулируемые конденсаторы
Посредством механической регулировки для изменения расстояния между полюсами или эффективной области для достижения изменений величины емкости, обычно используемой в цепях радионастройки (например, в старомодных радиоселекторах), приведения в соответствие высокочастотного сопротивления и в других случаях, требующих точной регулировки.
4. Суперконденсатор (двухслойный конденсатор)
Между традиционными конденсаторами и аккумуляторными накопителями энергии с очень высокой плотностью мощности и высокими характеристиками зарядки и разрядки, подходящими для новых транспортных средств, работающих на энергии ' Система start-stop, сетевое хранение энергии и другие высокоэнергетические приложения.
5. Конденсаторы безопасности
Включая X конденсаторы (через линию для подавления дифференциальных помех в режиме) и Y конденсаторы (между линией и поверхностью для подавления помех в общем режиме), специально используемые для фильтрации EMI источника питания, для обеспечения соответствия электрооборудования стандартам электромагнитной совместимости.
6. Конденсаторы мощности
Электроника, используемая в конденсаторах постоянного тока, конденсаторах фильтров переменного тока и т.д., используется главным образом в преобразователях частоты, инверторах и других устройствах преобразования высокой мощности.
Роль конденсаторов
1. Хранение энергии и быстрая зарядка и разрядка
Конденсаторы могут хранить электрическую энергию в виде электростатического поля и поддерживать высокоскоростную зарядку и разрядку. По сравнению с химическими батареями скорость зарядки и разрядки аккумуляторов выше (миллисекунды), а срок их службы может достигать более десятков тысяч раз, поэтому у них есть уникальное преимущество на сцене, которое требует мгновенного высокого тока или быстрого преобразования энергии (например, ускорение электромобиля, восстановление энергии торможения, импульсная система).
2. Изоляция через крест (соединение и разъединение)
Конденсаторы обеспечивают высокий уровень сопротивления постоянному току, блокируя компонент постоянного тока, позволяя при этом пропускать сигналы переменного тока. Эта характеристика широко используется в цепях связи (таких, как передача звукового сигнала в конденсаторе изоляции) и в цепях развязки (для устранения шумового вмешательства источника питания).
3. Фильтрация и стабилизация напряжения
В цепях питания конденсаторы могут эффективно фильтровать выпрямленные пульсирующие компоненты, выходное напряжение постоянного тока (например, электролитические конденсаторы, используемые в фильтрации питания). Кроме того, при обработке сигналов конденсаторы могут использоваться с резисторами или индукторами для формирования низкочастотного, высокочастотного фильтра для подавления высокочастотного шума и повышения качества сигнала.
4. Настройка и резонанс (LC circuit)
Конденсаторы и индукторы могут объединяться для формирования резонансных цепей LC для выбора частоты, настройки и других применений, таких как радиоприемник FM-схемы, осцилляторы и сети соединения RF.
5. Компенсация за запуск двигателя и фазу
В однофазных электродвигателях переменного тока конденсаторы способствуют запуску двигателя (например, пусковые конденсаторы), генерируя разность фаз, образующую вращающееся магнитное поле. Кроме того, в энергосистемах конденсаторы используются для корректировки коэффициента мощности в целях повышения эффективности использования энергии.
Благодаря этим свойствам конденсаторов они играют ключевую роль в электронных цепях, энергосистемах, новых энергетических технологиях и коммуникационном оборудовании.
Проверка конденсаторов на неисправности
1. Внешний вид
Корпус конденсатора питания не поврежден, нет явного расширения, деформации, трещин и других явлений. Если возникает вышеуказанная ситуация, то это означает, что конденсатор имеет серьезную неисправность, т.е. он не может продолжать работать.
Независимо от того, является ли конечное соединение конденсатора прочным, со свободной коррозией и другими проблемами или без них. Проблемы с терминалами могут привести к неправильному контакту и повлиять на нормальную работу конденсатора.
2. Испытание на определение вместимости
Измерить мощность конденсатора, чтобы увидеть, соответствует ли фактическая мощность конденсатора номинальной мощности. Если фактическая мощность намного ниже номинальной, то это означает, что конденсатор устарел и вышел из строя.
3. Испытание на сопротивление изоляции
Измерение сопротивления изоляции конденсатора с помощью соответствующих приборов. В обычных условиях сопротивление изоляции должно превышать 10 МГМ. Если сопротивление изоляции ниже этого значения, то это означает, что изоляционные характеристики конденсатора могли быть повреждены и что требуется дополнительная проверка.
4. Испытание на напряжение и ток
Измерить значение напряжения конденсатора питания во время работы. Если величина напряжения сильно колеблется, это означает, что у конденсатора питания могут возникнуть проблемы.
Измерить текущее значение конденсатора при номинальном напряжении. Если фактическое текущее значение превышает текущее значение, приведенное в руководстве, это означает, что конденсатор может быть перегружен.
5. Испытание на температуру
Проверить, находится ли рабочая температура конденсатора мощности в заданном диапазоне. Как правило, конденсатор должен работать в соответствующих температурных условиях. Если температура слишком высокая, это доказывает, что конденсатор может иметь какую-то неисправность, необходимо немедленно прекратить его использование.
Вышеописанный метод позволяет определить, является ли конденсатор питания неисправным. В реальных условиях эксплуатации конденсаторы мощности должны регулярно проверяться, и в случае обнаружения аномалии их следует вовремя останавливать, с тем чтобы избежать возникновения угроз безопасности.
Методы испытания конденсаторов
1. Метод испытания с использованием цифрового мультиметра
Порядок работы:
Убедитесь, что конденсатор полностью разряжен
Установите мультиметр на сопротивление (рекомендуется выбрать ×1k или более высокий уровень)
Соедините испытательные ручки с обоими концами конденсатора.
Обратите внимание на следующее изменение:
Нормальная производительность: показания отображаются кратко, а затем быстро возвращаются в состояние "OL" (open circuit)
Характеристики неисправности: постоянное отображение фиксированного значения сопротивления или нулевого сопротивления.
Внимание! Внимание!
Убедитесь, что тест полностью завершен до начала испытания
10 секунд или более между каждым испытанием
Повторить испытание 3 раза для подтверждения последовательности результатов
2. Метод аналогового многометрового испытания
Процесс обнаружения:
Выберите соответствующий уровень сопротивления (рекомендуется ×100 или ×1k)
Соедините ручку и наблюдайте за движением указателя:
Хорошая пропускная способность: указатель резко поворачивается вправо, а затем медленно возвращается в угол!
Неисправность короткого замыкания: указатель останавливается в положении низкого сопротивления
Неисправность открытого контура: указатель вообще не двигается
Технические вопросы:
Электролитические конденсаторы должны обращать внимание на полярность (черная ручка к позитивному полюсу)
Резьба указателей большой емкости (> 10 дюймов) более заметна
После теста нужно подождать, пока указатель не вернется в полное положение
3. Метод прямого измерения пропускной способности
Реализация спецификации:
Выберите цифровой мультиметр с функцией измерения емкости.
Выбор диапазона измерения:
Малая емкость (уровень pF): используйте специальный испытательный клип.
Большая емкость (ступенчатый уровень): испытание на прямое подключение
Критерии оценки результатов:
Пасс: измеренное значение в пределах градуса 20% от номинального значения.
Примечание: электролитические конденсаторы допускают отклонение +50%/-20%.
Неисправность: индикатор "0" или значительно ниже номинального нижнего предельного значения
4. Метод испытания на напряжение
Профессиональное руководство по эксплуатации:
Построение испытательной цепи:
Номинальное напряжение питания конденсатора
Серия ограничивающее ток сопротивление (1-10kΩ)
Процесс измерения:
В начале зарядки: напряжение должно быстро расти
После стабилизации: напряжение должно быть близко к напряжению питания
Характеристики неисправности:
Напряжение медленно поднимается: потеря мощности
Напряжение не поддерживается: избыточный ток утечки
Нулевое напряжение: полная неисправность
5. Измерения во времени
Программа точного измерения:
Стандартная испытательная цепь:
Известный прецизионный резистор R (рекомендуется 1kΩ-10kΩ)
Осциллограф для контроля кривой зарядки
Метод расчета:
Измерить время до 63,2% напряжения питания (τ)
Рассчитать мощность: C = τ/R
Совет по инженерному применению:
Подходит для 1 - графы -1000 графы
Необходимо рассмотреть эффект внутреннего сопротивления мультиметра
Рекомендуется использовать источник сигналов квадратной волны для повышения точности
Комплексные предложения по тестированию:
Уделение приоритетного внимания прямому измерению пропускной способности
Наличие сложных неисправностей с использованием различных методов перекрестной проверки
Конденсаторы высокого напряжения должны испытываться на специальном оборудовании
Создание протоколов испытаний для отслеживания тенденции ухудшения
Примечание: все испытания должны соответствовать кодам электрической безопасности, высоковольтные конденсаторы должны быть полностью разряжены до проведения испытаний!
Апачники в мире B. ПХД
Функция сцепления
Конденсаторы выступают в качестве связующих элементов в цепях, эффективно передавая низкочастотные сигналы и усиливая сигнал, изолируя при этом точки постоянного тока соседних ступеней цепи во избежание взаимных помех. Для обеспечения эффективной передачи низкочастотных сигнальных компонентов электролитические конденсаторы большой емкости (как правило, в диапазоне разрыва) обычно используются в качестве соединительных конденсаторов в конструкции.
Функция фильтрации
В цепях питания конденсаторы фильтруют высокочастотный шум от сигналов переменного тока, обеспечивая плавный выход постоянного тока. В частности, крупные электролитические конденсаторы стабилизируют пульсирующее напряжение постоянного тока посредством процессов разрядки заряда. Для повышения стабильности электроснабжения электролитические конденсаторы, варьирующие от десятков до сотен микрофарадов, часто подключаются параллельно на выходе электроэнергии и входном напряжении для подавления колебаний напряжения, вызванных колебаниями нагрузки.
Функция хранения энергии
Конденсаторы служат в качестве компонентов хранения энергии, аккумулируя заряд и быстро отпуская его, когда это необходимо для обеспечения мгновенного высокого тока или в качестве резервного источника энергии. Кроме того, конденсаторы могут образовывать цепями времени RC с резисторами для достижения точных временных задержек или функций времени, широко используемых в цепях последовательного управления.
Использование и оптимизация паразитарной емкости
В конструкции высокоскоростных плат паразитарная емкость может быть стратегически использована для повышения производительности цепи. К примеру:
Регулировка схем трассировки для использования паразитарной емкости для сопоставления сопротивления.
Параллельная пластинчатая конструкция, формируемая механическими наземными плоскостями, обеспечивает распределенную емкость, обеспечивая хранение высокоскоростных компонентов с низким уровнем сопротивления для удовлетворения мгновенных высоких текущих потребностей.
Iii. Выводы и рекомендации
Конденсаторы демонстрируют многофункциональность в конструкции ПХД. Их отбор и размещение должны быть оптимизированы с учетом конкретных требований цепи (например, частотных характеристик, потребностей в хранении энергии, подавления шума) для достижения оптимальной производительности.