Кондензатор

Из пројекта Википедија

Кондензатор је електротехнички елемент, који може сачувати енергију у облику електричног поља. Његова битна величина је капацитивност. СИ јединица за електрични капацитет је 1 F (фарад).

Симбол обичног (лево) и поларизованог кондензатора (десно) у електричним шемама

Садржај

1 Изведбе кондензатора
2 Идеални кондензатор
3 Утицај температуре
4 Реални кондензатор
- 4.1 Квалитет кондензатора
- 4.2 Фактор губитака
5 Употреба

[уреди] Изведбе кондензатора

Кондензатор има две електроде, најчешће плочасте или ваљкасте, између којих се налази диелектрик, који повећава капацитивност и поједностављује израду кондензатора. Кондензаторе називамо по материјалу, од ког је диелектрик:

ваздух - ти кондензатори без диелектрика су врло квалитетни и употребљавају се у високофреквентним радио предајницима. Такође и кондензатори са подешавањем капацитета су ваздушни. Мана им је мања капацитивност по јединици површине
папир - примерени за велике радне напоне ( до сто киловолти - 100 kV), велика изолационка отпорност и велика толеранција
металопапир - на папир је напарен метал и све заједно замотано. Велика капацитивност на јединици површине, мали фактор губитака, метал се у тачки могућег пробоја истопи и тако се кондензатор сам "поправи"
стирофлекс - мали губици и мали температурни коефицијент
металополикарбонат и металополиестер - на фолију од поликарбоната или полиестера је напарен метал. Могућност регенерисања код пробоја (слично као металопапирни конд.), велика изолационка отпорност и велика временска константа
минерал калијумовог алуминосиликата - мали фактор губитака, поготово на високим фреквенцијама, веома велика изолацијска отпорност, дозвољени велики радни напони (до неколико киловолти)
алуминијум силикат - мала толереанција, велики радни напон, мали фактор губитака
керамика - широко фреквентно подручје, мали фактор губитака, веома велика капацитивност по јединици површине, велики температурни коефицијент

Код поларизованих кондензатора настане диелектрик тек код прикључења на ел. напон и морамо их правилно прикључити на једносмерни напон. Неколико тренутака након прикључења тече кроз њих велика струја. Зато се употребљавају за пеглање осцилација једносмерног напона.

Две изведбе поларизованих кондензатора су:

електролитски конднезатор - између електрода се налази папирна газа са отопином боракса, фосфата или карбоната. При прикључењу на једносмерни напон се на позитивној електроди сакупи пласт алуминијевог оксида, који делује као диелектрик. Веома велика капацитивност по јединици површине.
танталов кондензатор - електролит је тврди танталов пенструјасид, мали радни напони (ретко изнад 100 V), велика толеранција, велики фактор губитака, велика капацитивност по јединици површине; погодни у интегрисаним електронским колима

Величина капацитивности је најчешће реда μF до mF. Од кондензаторима са великим капацитетом (до 1F или више) правимо суперкондензаторе.

[уреди] Идеални кондензатор

Напон на идеалном кондензатору, са капацитетом C, кроз који тече електрична струја i(t), је:

$u(t)=\frac{1}{C}\int_{-\infty }^{t}i(t)\;dt.$

Минус бесконачно у доњој граници интеграла значи, да је кондензатор нека врста једноставне меморије и да је његов напон зависан такође и од догађања пре тренутка почетка посматрања t=0. Инверзна једначина је:

$i(t)=C\frac{d\;u(t)}{d\;t}.$

Када кондензатор прикључимо на наизменични напон $u (t) = U cos(ω t)$ , према претходној једначини, кроз њега тече наизменична струја

i = - ω C U sin(ω t),

Запажамо да струја претходи напону за четвртину периода, тј. за $π / 2$ .

Еквивалентна капацитивност неколико паралелно везаних идеалних кондензатора, једнака је збиру капацитивности тих кондензатора:

$C=C_{1}+C_{2}+\cdots +C_{N}=\sum_{i=1}^{N}C_{i}.$

Код серијској везаних идеалних кондензатора, реципрочна вредност еквивалентне капацитивности једнака је збиру реципрочних вредности капацитивности појединих кондензатора:

$\frac{1}{C}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+\cdots +\frac{1}{C_{N}}=\sum_{i=1}^{N}\frac{1}{C_{i}}.$

[уреди] Утицај температуре

Дата капацитивност вреди само за одређену температуру, обично за $\vartheta _{0}=25^{o}C$ . Зависност капацитивности код других температура је линеарна и повезана са температурним коефицијентом $α$ , који је зависан од диелектрика:

$C=C_{0}(1+\alpha (\vartheta -\vartheta _{0})).$

Морамо узети у обзир да са порастом температуре опада дозвољени радни напон.

[уреди] Реални кондензатор

Код идеалних кондензатора смо претпоставили, да је диелектрик потпуни изолатор и да је отпорност прикључака занемарљива. У пракси најчешће не важи ни једно ни друго.

[уреди] Квалитет кондензатора

Напуњен кондензатор, када га оставимо неприкљученог, празни се кроз диелектрик и на неки други начин, нпр. кроз кућиште. Претпостављамо да је паралелно кондензатору с капацитетом C везан отпор R. Квалитет кондензатора оцењујемо временском константом $τ$ , која је једнака производу $τ = C R$ и која је код квалитетних кондензатора велика.

[уреди] Фактор губитака

Када се прикључи на изменични напон идеални кондензатор не троши снагу. У реалном кондензатору није тако, јер неке омске отпорности не можемо занемарити и зато се нешто снаге ипак губи. Губитке оцењујемо углом $δ$ , који каже за колико се фазни угао између вектора напона и струје разликује од $π / 2$ , колико износи код идеалног кондензатора. На високим фреквенцијама долази до изражаја отпорност прикључака $R 1$ , која је у еквивалентној шеми везана серијски са кондензатором.

Еквивалентна шема реалног кондензатора на високим фреквенцијама

Векторски дијаграм је следећи:

Векторски дијаграм реалног кондензатора на високим фреквенцијама

Фактор губитака на високим фреквенцијама је:

$\tan \delta =\frac{IR_{1}}{U_{C}}=\omega R_{1}C.$

На ниским фреквенцијама је импеданса кондензатора по апсолутној вредности веома велика, утицај отпорности довода је занемарљив, зато долази до изражаја изолацијска отпорност диелектрика, која је у еквивалентној шеми на доњој слици означена са $R 2$ и везана паралелно кондензатору.

Еквивалентна шема реалног кондензатора на ниским фреквенцијама

Векторски дијаграм у том примеру је:

Векторски дијаграм реалног кондензатора на ниским фреквенцијама

Фактор губитака код ниских фреквенција је:

$\tan \delta =\frac{U/R{2}}{I_{C}}=\frac{1}{\omega R_{2}C}.$

[уреди] Употреба

Кондензатор је, незаобилазан елемент код израде електричних кола. Кондензатори са малом толеранцијом капацитивности употребљавају се, пре свега у радио техници, као делови осцилаторних кола, филтера, фреквентних скретница, интегратора и диференцијатора. Кондензатори са већом толеранцијом се употребљавају за равнање осцилација једносмерног напона, у умноживачима напона, за генерисање јалове снаге, погон асинхроних мотора са једнофазним напоном итд. Кондензаторе са великим капацитетом употребљавамо као резервни извор енергије за напајање неких делова веза, на пример код краткотрајног испада спољашњег извора електричне енергије.

Добављено из "http://sr.wikipedia.org../../../%D0%BA/%D0%BE/%D0%BD/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80.html"

Категорије страница: Физика · Електротехника

We provide Linux to the World