Высокочастотные и низкочастотные конденсаторы постоянной ёмкости. Полупеременные конденсаторы медицинской электроники

Высоковольтные (ВВ) конденсаторы – устройства, широко применяемые в находящихся под очень высоким напряжением электрических цепях различных приборов и оборудования. В отличие от низковольтных аналогов, они обладают надежной конструкцией и большим сроком эксплуатации, высокой стоимостью. О том, что собой такие устройства представляют, каких видов бывают, как работают и где используются, пойдет речь в данной статье.

Виды ВВ конденсаторов

В зависимости от конструктивных особенностей и материала диэлектрика данные устройства бывают керамическими, бумажными, металлизированными, масляными, вакуумными, фазосдвигающими, подстроечными, биполярными.

Керамические изделия

Керамические импульсные конденсаторы – накопители, в которых в качестве диэлектрика используется специальная керамика. В отличие от низковольтных аналогов, такие кондеры работают при напряжении от 0,2 до 50 кВ и частоте тока от 0,5 до 10 кГц. При этом емкость их лежит в диапазоне от 2-2,5 до 25 нф. Используются они в цепях постоянного, переменного или пульсирующего тока, сетевых фильтрах как X/Y конденсаторы, а также высокочастотных схемах для устранения помех, поглощения шумов.

Наиболее часто применяемыми марками данных устройств являются следующие:

• К75-25 (15);
• К15-4;
• К15-5;
• К15-10;
• КВИ-3.

Металлизированные и бумажные (плёночные)

Имеющие схожую конструкцию накопители заряда данных видов состоят из:

• Диэлектрика – конденсаторной бумаги, полимерной пленки из таких материалов, как полипропилен, полиэстер, поликарбонат.
• Обкладок – фольги или тонкого слоя металла, нанесенного на пленочный полимерный диэлектрик вакуумным напылением.
• Двух контактов (выводов), припаянных к обкладкам.

Наиболее востребованными среди пленочных металлизированных устройств являются модели с рабочим напряжением 16 и 25 кВ и емкостью 2200 пФ (2,2нФ).

Накопители с бумажным диэлектриком, в отличие пленочных металлизированных аналогов, имеют более низкое рабочее (номинальное) напряжение: от 0,2 до 15 кВ (200-1500 В). Однако при этом их емкость колеблется от 0,1 до 2 мкФ (100000 – 2000000 пФ или 100-2000 нФ). Как и аналоги с керамическим диэлектриком, они способны работать с токами частотой от 50 до 10 000Гц (10кГц).

Применяют пленочные и бумажные высоковольтные конденсаторы в выпрямительных и фильтрующих цепях, электронных умножителях и удвоителях напряжения.

На заметку. В бумажных накопителях заряда допускается отклонение ёмкости накопителя от номинального значения данной характеристики не более, чем на 20%.

Масляные и вакуумные образцы

Наиболее часто применяемый и востребованный вакуумный высокочастотный конденсатор переменной емкости марки КП 1-4 представляет собой устройство, состоящее из следующих частей:

• стеклянный баллон, внутри которого путем откачки воздуха создан высокий вакуум;
• неподвижный цилиндрический электрод;
• гофрированный подвижный электрод («гармошка»);
• привод подвижного электрода, под большим усилием перемещающий «гармошку» внутрь неподвижного электрода;
• круглая ручка и окошко со шкалой для регулировки емкости накопителя.

Емкость данного накопителя колеблется от 10 до 500пФ, рабочее напряжение – до 10кВ. Применяется такое устройство в радиолюбительской передающей аппаратуре в диапазоне частот до 30-80 МГц в качестве контурных, блокировочных, фильтровых, а также разделительных конденсаторов.

Масляный накопитель заряда самой распространенной марки КБГ-МН состоит из:

• металлического прямоугольного корпуса;
• скрученного в рулон полимерного или бумажного диэлектрика;
• обкладок из алюминиевой фольги, разделенных диэлектриком;
• двух выводов, припаянных к обкладкам и соединенным с контактами на крышке корпуса.

Скрученный рулон из диэлектрика и обкладок находится в специальном масле, заполняющем корпус. Емкость устройства данной марки составляет 0,5 мкф (500нФ), рабочее напряжение – 600 В (0,6кВ).

На заметку. В высоковольтных накопителях заряда достаточно высокое содержание различных драгметаллов: палладия, платины, технического серебра.

Низковольтные конденсаторы для силовой электроники

Низковольтные (относительно, конечно — «всего» 230…1000 В) применения конденсаторов включают в себя, прежде всего, компенсацию перепадов напряжения и фильтрацию гармоник в системах, использующих токи промышленной частоты (50…60 Гц). Предназначены для работы с напряжениями диапазона 230…1000 В с уровнями энергий порядка 2,5…56,2 кВар для алюминиевых корпусов и до 500 кВар в стальном корпусе. Выпускаются в сериях для применения внутри помещений — PhMKD и для условий внешней среды — PhMKDg (рис. 3).

Рис. 3. Низковольтные конденсаторы для силовой электроники

В качестве преимуществ можно указать низкий коэффициент потерь, компактные размеры, хорошее рассеяние излишнего тепла, длительное время наработки на отказ (свыше 150000 часов), соответствие стандартам EN 60831/1 и 2, EIC 60831/1 и 2.

Фазосдвигающие

SDM конденсаторы без маркировки

Данные устройства используются для подключения трехфазного электродвигателя к однофазной бытовой сети. Для этого подходит обычный не полярный (электролитический) конденсатор.

Расчет необходимой ёмкости пускового фазосдвигающего (Cф) конденсатора зависит от схемы (типа) подключения двигателя к сети:

• При подключении по типу «треугольник» емкость фазосдвигающего накопителя рассчитывается по следующей формуле: Cф = 4800×I/U.
• Для подключенного по схеме «звезда» ёмкость фазосдвигающего конденсатора находится по следующей формуле: Cф = 2800×I/U.

Подстроечные

Данные накопители заряда представляют собой устройства, емкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке. В процессе работы оборудования изменение емкости таких устройств конструктивно невозможно.

Конструкция таких устройств включает в себя следующие элементы:

• статор – неподвижная нижняя обкладка;
• ротор – верхняя подвижная полукруглая обкладка;
• ось – соединяющий статор и ротор небольшой штырек.

Настройка емкости происходит за счет изменения площади распложенных параллельно обкладок при помощи плоского шлица на оси. Применяют подстроечные высоковольтные конденсаторы в приемо-передающей радиоаппаратуре.

На заметку. Не следует путать подстроечный конденсатор с переменным – емкость последнего можно изменять в процессе работы оборудования.

Биполярные

Устройство данного вида представляет собой простой неполярный (однополярный) конденсатор, применяемый в электрических цепях, запитываемых как постоянным, так и переменным или пульсирующим сверхвысоким током.

Высоковольтные конденсаторы для силовой электроники

Основное назначение:

• Шунтирующие конденсаторы;
• Фильтрация гармоник;
• Последовательные конденсаторы;
• Конденсаторы для статической компенсации реактивной мощности;
• Конденсаторы для высоковольтных линий электропередач постоянного тока;
• Ограничители напряжения и фильтры.

Высоковольтные конденсаторы Vishay выпускаются вплоть до уровней напряжения 24 кВ и мощности до 900 кВар. Предлагаются также банки конденсаторов, позволяющие оперировать напряжениями до 800 кВ.

Выпускаются в версиях с одной и двумя контактными втулками, предлагаются одно- и трехфазные конденсаторы (рис. 4).

Рис. 4. Высоковольтные конденсаторы для силовой электроники

Конструктивные решения позволяют объединять отдельные конденсаторы в банки и конденсаторные поля с защитой от дисбаланса фаз.

Принцип работы

Любой высоковольтный энергоемкий накопитель заряда имеет такой же принцип работы, как и низковольтный аналог, состоящий из двух основных этапов:

1. Зарядка – при подключении обкладок к источнику питания или электрической сети на них начинает накапливаться заряд. При этом напряжение на конденсаторе растет и спустя короткое время становится таким же, как и у источника питания. С этого момента накопитель считается заряженным
2. Разрядка – если к заряженному накопителю подключить нагрузку, то через нее начнет протекать электрический ток. При этом напряжение на обкладках будет быстро падать, пока ни иссякнет совсем.

Для чего нужен конденсатор

При несоблюдении номинальных характеристик подаваемого на конденсатор тока может произойти пробой диэлектрика, в результате чего произойдет короткое замыкание, и устройство замкнет накоротко.

Важно! Выражение «замкнуло накоротко» на языке электриков, электромонтажников значит, что произошло короткое замыкание.

Конденсаторы для высоковольтных источников питания

Высоковольтные источники питания находят применение в системах формирования медицинских изображений, CRT-мониторах, электростатическом нанесении покрытий (автомобильная индустрия), электростатических фильтрах (промышленные помещения).

Высоковольтные конденсаторы Vishay соответствуют стандартам EN 50176, EN 50177, EN 50223, EN 50348. Диапазоны рабочих постоянных напряжений 1…100 кВ (рис. 5).

Рис. 5. Конденсаторы для высоковольтных источников питания

Конденсаторы являются компактным, гибким, надежным решением для высоковольтных источников питания широкого спектра назначений и областей промышленности. Предлагаются в виде высоковольтных систем серий BG 1971-000-9000A, BG 1971-000-9700 и BG 1972-6100-010, BG 1972-6123-01.

BG 1971-000-9000A, BG 1971-000-9700 — компактные приборы с интегрированной платой управления для систем нанесения жидкой краски или напыления порошковых покрытий. Напряжение питания 30 В при токе потребления 1,5…5 А, выходное напряжение до 100 кВ, ток 250…500 мкА.

BG 1972-6100-010, BG 1972-6123-01 — компактные высоковольтные генераторы в цилиндрическом корпусе с напряжением питания 1…24 В и выходным напряжением до 100 кВ.

Где используются

Высоковольтные накопители заряда применяются в схемах таких имеющих большую энергоемкость устройств, как:

• умножители напряжения,
• генераторы Маркса,
• катушки Тесла,
• высокочастотные импульсные установки,
• радиолюбительская и профессиональная приемо-передающая аппаратура,
• пусковые блоки трехфазных электродвигателей большой и средней мощности.

Высоковольтные накопители заряда, в отличие от используемых при более низких значениях напряжения аналогов, являются очень опасными для человеческого организма устройствами. Так, заряженный накопитель при контакте с неаккуратным обращением может привести к серьезной электротравме, повреждению кожных покровов и внутренних органов. Мощные устройства данного вида могут накапливать заряд, прохождение которого через человеческое тело крайне опасно.

Основы импульсного преобразования

Работа подобных устройств, их ещё называют импульсными стабилизаторами (ИС), основана на ключевой стабилизации. В схеме имеется элемент, который выполняет регулировку выходных параметров за счёт своего запирания-отпирания.

В обычную трансформаторную схему входит трансформатор низкой частоты, имеющий первичную и вторичную обмотку. Импульсное преобразование тоже подразумевает наличие трансформатора, но уже высокочастотного.

Внимание! Высокочастотные импульсные трансформаторы обладают меньшими габаритами, дешевле, но их мощность выше. Импульсные преобразователи напряжения (ИПН) допускают использование схем трёх типов:

Импульсные преобразователи напряжения (ИПН) допускают использование схем трёх типов:

• повышающей;
• понижающей;
• инверторной.

ИПН обладают высоким КПД и малыми габаритами. Они включают в свой состав следующие элементы:

• блок питания (источник питания);
• ключ – элемент коммутации;
• накопитель энергии индуктивной природы – дроссель, катушка;
• диод блокировки;
• фильтр выходного напряжения – конденсатор большой емкости.

Фильтр обычно включается параллельно нагрузке.

Конденсаторы для установок промышленной частоты

К данному виду относят устройства для увеличения коэффициента мощности в установках переменного тока с определенной, постоянной частотой 50 Гц. Такие приборы выполняют как для внутреннего, так и для применения вне помещения при температуре не более 50 °С. Они выполняются как в однофазном, так и трехфазном исполнении. При трехфазном исполнении силовой косинусный конденсатор соединяется в виде треугольника. Иногда применяют предохранитель для защиты от пробоя.

Автоматическое прерывание питания конденсаторов при перегрузке силовой сети по току за счет повышенного напряжения обеспечивает специальное электротоковое реле. Защиты от токов короткого замыкания добиваются за счет установки плавких предохранителей. В схемах управления для включения и отключения применяют магнитные пускатели большой величины, установки оснащаются возможностью регулировки и индикаторами рабочего состояния.

Фильтровые и импульсные конденсаторы

Фильтровые устройства предназначены для работы в контурах фильтров высокой частоты специализированных тяговых подстанций как внутри помещения, так и снаружи. Они работают при одновременном наложении напряжения постоянного и переменного тока частотой от 100 до 1600 Гц, при этом значение напряжения переменного тока не должно превышать соответственно 1 кВ. Данный вид также применяется для работы в преобразователях постоянного тока, содержащих импульсные тиристоры.

Фильтровые конденсаторы используют для сглаживания скачков переменной составляющей в устройствах выпрямления высокого напряжения в сети, а также в схемах с удвоенным напряжением в среде диэлектрического трансформаторного масла и в контурах фильтров высокой частоты тяговых подстанций.

В электроустановках, используемых для высоковольтных импульсных подстанций, а также установках, используемых для магнитной штамповки, сейсмической разведки и дроблении пород, используют импульсные силовые конденсаторы. Их применяют в электрофизических установках для создания и исследования высокотемпературной плазмы, а также для сверхсильных импульсных токов. Для создания мощных источников света импульсного характера, а также для исследования при помощи лазерных установок применяют, именно, импульсные силовые конденсаторы.

Особенность работы данных устройств — это медленно текущий заряжающий момент, и, наоборот, разряд происходит быстро, импульсно. Кроме таких конденсаторов применяют еще генераторы импульсных напряжений сети.

Генератор импульсных напряжений сети применяют в основном для электрогидравлических установок, использующих электрический разряд в технологических целях, обусловленными специальными условиями производства или технологического процесса. Такие генераторы имеют исполнение на напряжение сети 380, 400, 415, 440 В. Номинальное напряжение выхода составляет 50 кВ, полная выходная мощность 18 кВт, коэффициент реактивной мощности 0,73.

Генераторы напряжения импульсного характера выполняют из двух блоков заряжающего и высоковольтного отделения. Заряжающий блок включает в себя понизительный трансформатор и шкаф с преобразователем, содержащим емкостно-индуктивную составляющую. Высоковольтное отделение представлено шкафом с силовыми конденсаторами, защитным устройством и разрядником, а также обязательно присутствует разделительное заземление.

Конденсаторы в примочках

Вот теперь пойдет по настоящему детальный разбор полетов. В примочках конденсаторы имеют гораздо больше власти чем в гитаре. Но если вы думаете, что плохие конденсаторы сделают звучание сухим и мутным, то вы ооочень сильно ошибаетесь.

Все конденсаторы, при условии, что емкость у них равная, оказывают на звук почти идентичное влияние. Собственно казалось бы, чего тогда парится? Ставим везде конденсаторы нужных номиналов и будет работать) На деле, работать скорее всего будет, но не факт что так как вам нужно.

Да по большому счету не факт даже что будет. Собственно как не напортачить используя разные конденсаторы мы и будем разбираться. Если хотите кратко — есть универсальный рецепт — пленка и алюминий. Только про полярность не забывайте. И будет вам счастье)

А теперь, давайте взглянем на различные типы конденсаторов. Посмотрим чем они друг от друга отличаются и где какие лучше применять. Напомню лишний раз, что я рассматриваю применение конденсаторов в рамках гитарных примочек.