|
| |
|
Главная Журналы Технология производства радиоконденсаторов Электрический конденсатор - это система из двух или более токопро-водящих обкладок, разделенных диэлектриком, предназначенная для накопления электрического заряда. По области применения конденсаторы можно разделить на силовые и радиоконденсаторы. Силовые конденсаторы используются в технике сильных токов и высоких напряжений (в устройствах компенсации реакттно-го сопротивления линий электропередачи, для их защиты и в электрооборудовании), а радиоконденсаторы - в радиотехнической, электронной, измерительной, телефонной и телеграфной аппаратуре, в вычислительной технике и др. По конструкции и назначению радиоконденсаторы бывают постоянной и переменной емкости. Емкость постоянных конденсаторов при работе аппаратуры не изменяется, а переменных можно плавно изменять. Существуют также полупеременные или, как их называют, подстроечные конденсаторы, емкость которых можно плавно изменять в определенных пределах, после чего конденсаторы работают как постоянные. По напряжению конденсаторы постоянной емкости обычно разделяют на низковольтные и высоковольтные. Рабочее напряжение низковольтных - от нескольких вольт до нескольких сотен вольт, а высоковольтных - несколько киловольт. Для работы на переменном напряжении используют конденсаторы большой или малой мощности. Большой считают реактивную мощность выше 2-3 кВ • А. Характеристики конденсаторов, их конструкции и области применения зависят от материала диэлектрика и его свойств. В настоящее время принята классификация, предложенная В.Т. Ренне*, по которой конденсаторы разделяются на следующие виды: с газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные и вакуумные) ; с жидким диэлектриком (наполненные маслом или синтетической Жидкостью): с твердым неорганическим диэлектриком (стеклянные, стеклоэмале-вые, стеклопленочные, слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических пленок); *Р е н н е В.Т. Электрические конденсаторы. - Л., 1969. с твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные, пленочные, комбинированные - бумажно-пленочные и тонкослойные из органических синтетических пленок); с оксидным диэлектриком - электролитические (алюминиевые, тан-таловые, ниобиевые), которые подразделяются на жидкостные, сухие и твердые (оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические). Конденсаторы переменной емкости могут иметь механическое и электрическое управление емкостью. Конденсаторы с механическим управлением емкостью бывают с газообразным, с жидким или с твердым диэлектриком, а с электрическим - с сегнето-керамическим (вариконды) и полупроводниковым (варикапы). Как всякое электрическое устройство конденсаторы обладают рядом электрических свойств, которые необходимо знать, чтобы правильно их изготовлять и применять. Основными электрическими характеристиками конденсаторов являются емкость, ее температурный коэффициент и температурная стабильность, сопротивление изоляции, тангенс угла диэлектрических потерь, электрическая прочность. Приняты две системы обозначения (маркировки) конденсаторов: буквенная (старая) и цифровая (новая). Буквенную систему применяют для обозначения тех видов конденсаторов, которые были разработаны до 1960 г., но выпускаются и в настоящее время. По этой системе первая буква К обозначает конденсатор, вторая -тип диэлектрика (Б - бумажный, С - слюдяной, К - керамический, Э -электролитический и т.д.), третья характеризует конструктивные особенности, в частности герметичность исполнения или условия эксплуатации. Для упрощения первую букву К начали опускать и в маркировке остались вторая, третья и последующие буквы (например, МБГО - конденсатор ме-таллобумажный герметизированный с однослойным диэлектриком или МПГТ - конденсатор металлопленочный герметизированный теплостойкий). Расширение номенклатуры выпускаемых конденсаторов потребовало более четкой системы их обозначений. В результате была создана и введена хщфровая система (ГОСТ 13453-68), в соответствии с которой конденсаторы разделяются на группы по виду диэлектрика, назначению и варианту исполнения. Так, обозначения К50-6 и К42У-2 соответственно расшифровываются так; К - конденсатор, 50 - алюминиевый электролитический, 42 - металлобумажный, 6 и 2 - номера конструктивного исполнения, У -для цепей постоянного и переменного токов, работающих также в импульсных режимах. § 2. ЕМКОСТЬ Способность накапливать на обкладках электрические заряды под действием приложенного напряжения и удерживать его. когда напряжение снимается, называют емкостью конденсатора. Если к конденсатору приложено напряжение U (В) и на его обкладках накапливается заряд Q (Кл), емкость C=QIU. Конденсатор, на обкладках которого накапливается заряд в один кулон (1 Кл) при напряжении в один волы (1 В), имеет емкость один фарад (1 Ф). Поскольку фарад очень большая единица, емкость конденсаторов принято измерять в микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ) или пикофа-радах (пФ): 1 Ф = 10* мкФ = Ю нФ = 10 пФ. Емкость конденсатора зависит от площади обкладок и расстояния между ними (т.е. от геометрических размеров), а также от диэлектрической проницаемости диэлектрика, разделяющего обкладки. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика показывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, если воздушный зазор между его обкладками заполнить данным диэлектриком. Так, емкость (пФ) плоского конденсатора с двумя обкладками С = 0,0884 €5/. где е - относительная диэлектрическая проницаемость; S - площадь обкладки, см; d - толщина диэлектрика, см. В маркировке конденсаторов обычно указана номинальная емкость Сд, измеренная при нормальной температуре и влажности, а также допустимое отклонение, которое выражают в процентах и определяют по формуле Со - [(Сф-С„)/С„] • 100%, где Сф - фактическая емкость. В зависимости от допустимого отклонения емкости различают одиннадцать классов точности конденсаторов: Класс точности .......... 001 002 005 00 О I а 01 IV V VI Допустимое ±0.1 ±0,2 ±0,5 ±1 ±2 ±5 ±10 ±20 Or-10 Or-20 От-20 отклонение, %.. . до+20 до+30 до+50 Наиболее широко применяют конденсаторы I, II и III классов точности. Электролитические конденсаторы могут иметь допустимое отклонение емкости в пределах от + 80 до -20%. § 3. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ И ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ЕМКОСТИ При повьппеншг температуры емкость конденсаторов одних типов увеличивается, а других уменьшается. Изменения емкости определяются зависимостью диэлектрической проницаемости диэлектрика от температуры, а также геометрическими размерами диэлектрика и обкладок. Так, увеличение площади обкладок от температуры повышает, а толщины диэлектрика уменьшает емкость конденсатора. Влияние температуры на емкость конденсатора характеризуется температурным коэффициентом емкости (ТКЕ) - одним из важнейших параметров конденсаторов, определяющим их применение в различной аппаратуре. Относительное изменение емкости конденсатора при изменении температуры на 1°С называют температурным коэффициентом емкости: тЕ=(с,-с,)1[с, ih-n)], где Ci и - емкость конденсатора при температуре tivit. Температурный коэффициент емкости (1 С) может быть положительным и отрицательным. Иногда используют другую характеристику - температурную стабильность емкости (ТСЕ), определяющую остаточное изменение емкости при возвращении конденсатора к исходной температуре после завершения температурного цикла (нагрев - охлаждение) : ТСЕ-= (АС/С) 100%, где С - емкость конденсатора перед испытанием; ДС - остаточное изменение емкости. § 4. СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ Идеальный диэлектрик не должен пропускать ток под действием приложенного постоянного напряжения. Однако при подаче на реальный конденсатор постоянного напряжения проходящий через него ток падает не до нуля, а до некоторого значения, называемого током утечки. Ток утечки, в основном обусловленный ионной проводимостью диэлектрика и абсорбцией газов, а также дефектами кристаллической решетки, представляет собой сумму токов, проходящих через диэлектрик и элементы конструкщт конденсатора. Так как проводимость диэлектрика очень мала, он оказывает большое сопротивление току утечки и его сопротивление определяемое как огаошение рабочего напряжения U к току утечки lyj. (Лдз = U/[y.j.), довольно велико. Поэтому обычно сопротивление диэлектрика выражают в мегомах (1 МОм = 10* Ом) или в тераомах (1 ТОм= 10* МОм= 102 Ом). При определении сопротивления изолящт конденсаторов большую роль играют внешние условия. Обычно сопротивление изоляции измеряют при нормальных условиях: температуре окружающей среды (20±5)°С и относительной влажности до 80%. При увеличении огаосительной влажности и температуры сопротивление изоляции значительно уменьшается. Поэтому при температурах, отличных от (20 ±5)°С, полученное сопротивление изоляции пересчитывают по формуле tgH3 20°С = tgi?„3 +/3(Г°С-20°С), где 20°С ~ сопротивление изоляции при 20°С; R - сопротивление изоляции при t С; t°€ - температура, при которой выполнялись измере-8 ния; Р - коэффициент, значение которого зависиг от типа диэлектрика конденсатора (например, /3 слюды равен 0,01, а бумаги - 0,003). § 5. ТАНГЕНС УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ Если бы существовал идеальный электрический конденсатор, то включение его в электрическую цепь не вызвало бы никакого поглощения электрической энергии. Однако такое устройство создать невозможно. Реальные конденсаторы при включении их в электрическую цепь в большей или меньшей степени поглощают электрическую энергию, которая расходуется на их нагрев, а затем рассеивается в окружающую среду. При постоянном токе эти потери энергии происходят из-за несовершенства диэлектрика и обусловлены потерями проводимости, а при переменном складываются из следующих потерь: на электрический гистерезис (поворот дипольных молекул, смещение связанных ионов диэлектрика в переменном электрическом поле); на ионизацию воздушных включений; в металлических частях конденсатора (электрический ток, проходя по обкладкам, контактам и выводам конденсатора, нагревает их); проводимости (как и при постоянном токе). Характеризует эти потери тангенсом угла диэлектрических потерь tg 6.  Рис. 1. Векторная диаграмма тока и иапряжеяия в реальном конденсаторе В отличие от идеального в реальном конденсаторегол сдвига ffi между векторами тока / и напряжения U (рис. 1) не равен 90 (0°). Угол S, дополняющий до 90° угол сдвига между векторами тока и напряжения в реальном конденсаторе, называется углом диэлектрических потерь и обычно составляет несколько градусов или минут. Для характеристики потерь энергии в- конденсаторе используют не угол S, а его тангенс tgS, который может быть выражен как огаошение активной мощности Р конденсатора к его реактивной мощности Q: tg S = P/Q = Ш cos >f/Ul sin if. § 6. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ Электрическая прочность конденсатора - это способность его диэлектрика сохранять изолирующие свойства при приложенном напряжении. Если напряжение на обкладках конденсатора постепенно повышается, при каком-либо его критическом значении происходит пробой, т.е. разрушение [ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 |