Kondansatör uygulamaları - Applications of capacitors
Kapasitörler elektronik ve elektrik sistemlerinde birçok kullanım alanı vardır. O kadar her yerde bulunurlar ki, bir elektrikli ürün herhangi bir amaçla en az bir tane içermeyen nadirdir.
Enerji depolama
Bir kapasitör, şarj devresine bağlandığında elektrik enerjisini depolayabilir. Ve şarj devresiyle bağlantısı kesildiğinde, depolanan bu enerjiyi dağıtabilir, böylece geçici olarak kullanılabilir. pil. Kapasitörler, piller değiştirilirken güç kaynağını korumak için elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılır. (Bu, geçici bellekte bilgi kaybını önler.)
Geleneksel elektrostatik kapasitörler 360'tan daha az joule kilogram başına enerji yoğunluğu, gelişen teknolojiyi kullanan kapasitörler ise 2,52'den fazla kilojoule kilogram başına.[1]
İçinde araba sesi sistemler, büyük kapasitörler için enerji depolar amplifikatör talep üzerine kullanmak.
Bir kesintisiz güç kaynağı (UPS), bakım gerektirmeyen kapasitörlerle donatılabilir. hizmet ömrü.[2]
Darbeli güç ve silahlar
Büyük, özel olarak inşa edilmiş, düşük gruplarindüktans yüksek voltajlı kapasitörler (kapasitör bankları) birçok kişi için büyük akım darbeleri sağlamak için kullanılır. darbeli güç uygulamalar. Bunlar arasında elektromanyetik biçimlendirme, Marx jeneratörleri, darbeli lazerler (özellikle ÇAY lazerleri ), darbe oluşturan ağlar, füzyon araştır ve parçacık hızlandırıcılar.
Enerji kaynağı olarak büyük kapasitör bankları (rezervuarlar) kullanılır. patlayan köprülü tel patlayıcılar veya ince ateşleyiciler içinde nükleer silahlar ve diğer özel silahlar. Kapasitör bankalarını güç kaynağı olarak kullanarak deneysel çalışmalar devam etmektedir. elektromanyetik zırh ve elektromanyetik raylı tüfekler veya bobin tabancaları.
Güç koşullandırma
Rezervuar kapasitörleri, tam veya yarım dalga doğrultucunun çıkışını düzelttikleri güç kaynaklarında kullanılır. Giriş voltajından daha yüksek voltajların üretilmesinde enerji depolama elemanı olarak şarj pompası devrelerinde de kullanılabilirler.
Kondansatörler, sinyal veya kontrol devreleri için akım dalgalanmalarını yumuşatmak için çoğu elektronik cihazın DC güç devrelerine paralel olarak bağlanır. Örneğin ses ekipmanı, sinyal devresine girmeden önce güç hattı uğultusunu engellemek için bu şekilde birkaç kapasitör kullanır. Kapasitörler, DC güç kaynağı için yerel bir yedek görevi görür ve güç kaynağından gelen AC akımlarını atlar. Bu, bir takviye kapasitörünün kurşun asitli araba aküsüne giden uçların endüktansını ve direncini telafi ettiği araç ses uygulamalarında kullanılır.
Güç faktörü düzeltmesi
Elektrik güç dağıtımında, güç faktörü düzeltmesi için kapasitörler kullanılır. Bu tür kapasitörler genellikle üç fazlı Elektrik yükü olarak bağlanan üç kapasitör olarak gelir. Genellikle, bu kapasitörlerin değerleri faradlarda değil, volt-amper reaktif (VAr) cinsinden reaktif güç olarak verilir. Amaç, yükün çoğunlukla dirençli görünmesini sağlamak için Asenkron motor, elektrik motorları ve iletim hatları gibi cihazlardan gelen endüktif yüklemeye karşı koymaktır. Bağımsız motor veya lamba yükleri, güç faktörü düzeltmesi için kondansatörlere sahip olabilir veya daha büyük kondansatör setleri (genellikle otomatik anahtarlama cihazlarıyla birlikte), bir bina içindeki bir yük merkezine veya büyük bir elektrik alt istasyonuna monte edilebilir. Yüksek voltajlı doğru akım iletim sistemlerinde, güç faktörü düzeltme kapasitörleri, aksi takdirde AC güç sistemine enjekte edilecek olan harmonik akımları bastırmak için ayar indüktörlerine sahip olabilir.
Bastırma ve kaplin
İstenmeyen frekansları bastırmak için kullanılan kapasitörlere bazen denir filtre kapasitörleri. Elektrikli ve elektronik cihazlarda yaygındır ve aşağıdakiler gibi bir dizi uygulamayı kapsar:
- Arıza giderme açık doğru akım (DC) güç rayları
- Radyo frekansı paraziti Ekipmana giren veya çıkan sinyal veya güç hatları için (RFI) kaldırma
- Sonra kullanılan kapasitörler Voltaj regülatörü DC'yi daha da düzeltmek için güç kaynakları
- Seste kullanılan kondansatörler, orta düzey frekans (IF) veya Radyo frekansı (RF) filtreler (ör. alçak geçiş, yüksek geçiş, çentik vb.)
- Ark bastırma gibi temas kesen veya bir "puan" kıvılcım ateşlemeli motor
Sinyal bağlantısı
Çünkü kapasitörler AC'yi geçer ancak DC'yi engeller sinyaller (uygulanan DC voltajına kadar şarj edildiklerinde), genellikle bir sinyalin AC ve DC bileşenlerini ayırmak için kullanılırlar. Bu yöntem olarak bilinir AC bağlantı veya "kapasitif bağlantı". Burada, değerinin doğru bir şekilde kontrol edilmesi gerekmeyen, ancak büyük bir kapasitans değeri reaktans sinyal frekansında küçüktür, kullanılır.
Ayrışma
Dekuplaj kapasitörü, bir devrenin bir bölümünü diğerinden ayırmak için kullanılan bir kapasitördür. Diğer devre elemanlarının neden olduğu gürültü, kapasitör üzerinden yönlendirilerek devrenin geri kalanı üzerindeki etkisi azaltılır. En yaygın olarak güç kaynağı ile toprak arasında kullanılır. Alternatif bir isim şöyledir: baypas kapasitör bir devrenin güç kaynağını veya diğer yüksek empedans bileşenini atlamak için kullanıldığı için.
Yüksek geçiren ve alçak geçiren filtreler
Bir Yüksek geçiren filtre (HPF), sinyalleri bir [3] belirli bir kesme frekansından daha yüksektir ve kesme frekansından daha düşük frekanslara sahip sinyalleri zayıflatır. Her frekans için zayıflama miktarı filtre tasarımına bağlıdır. Yüksek geçiren bir filtre genellikle doğrusal zamanla değişmeyen bir sistem olarak modellenir. Bazen düşük kesimli filtre veya bas kesimli filtre olarak adlandırılır. [1] Yüksek geçiren filtrelerin, sıfır olmayan ortalama voltajlara duyarlı devrelerden DC'yi bloke etmek veya radyo frekansı cihazları gibi birçok kullanımı vardır. Ayrıca, düşük geçişli bir filtre ile birlikte kullanılabilirler. bant geçişi filtre.
Bir alçak geçiş filtresi (LPF), sinyalleri seçilen bir kesme frekansından daha düşük bir frekansla geçiren ve kesme frekansından daha yüksek frekanslara sahip sinyalleri zayıflatan bir filtredir. Filtrenin kesin frekans yanıtı, filtre tasarımına bağlıdır. Filtre bazen yüksek kesim filtresi olarak adlandırılır veya [[[4]]] ses uygulamalarında. Alçak geçiren filtre, yüksek geçiren filtrenin tamamlayıcısıdır.
Gürültü filtreleri ve engelleyiciler
Bir endüktif devre açıldığında, endüktanstan geçen akım hızla çöker ve anahtarın veya rölenin açık devresi boyunca büyük bir voltaj oluşturur. Endüktans yeterince büyükse, enerji bir elektrik kıvılcımı, temas noktalarının oksitlenmesine, bozulmasına veya bazen birbirine kaynaklanmasına veya katı hal anahtarının tahrip olmasına neden olur. Bir küçümseyici yeni açılan devre boyunca kondansatör, bu dürtü için temas noktalarını atlamak için bir yol oluşturur ve böylece ömrünü korur; bunlar yaygın olarak bulundu temas kesen ateşleme sistemleri, Örneğin. Benzer şekilde, daha küçük ölçekli devrelerde, kıvılcım anahtara zarar vermek için yeterli olmayabilir, ancak yine de yaymak istenmeyen radyo frekansı paraziti (RFI), bir filtre kapasitör emer. Snubber kapasitörleri, enerjiyi dağıtmak ve RFI'yi en aza indirmek için genellikle seri olarak düşük değerli bir dirençle birlikte kullanılır. Bu tür direnç-kapasitör kombinasyonları tek bir pakette mevcuttur.
Kapasitörler ayrıca yüksek voltajlı üniteleri kesmek için paralel olarak kullanılır. şalter gerilimi bu üniteler arasında eşit olarak dağıtmak için. Bu durumda, derecelendirme kapasitörleri olarak adlandırılırlar.
Şematik diyagramlarda, birincil olarak DC yük depolaması için kullanılan bir kapasitör, genellikle bir yay olarak çizilen daha düşük, daha negatif plaka ile devre diyagramlarında dikey olarak çizilir. Düz plaka, polarize ise cihazın pozitif terminalini gösterir (bkz. elektrolitik kondansatör ).
DC motor bastırma
Seramik disk kapasitörler genellikle küçümseyici için devreler alçak gerilim motorları düşükleri için indüktans ve düşük maliyet.
Anahtarlamalı mod güç kaynağı filtreleme
Düşük ESR (eşdeğer seri direnç) elektrolitikler genellikle yüksek dalgalanma akımı.
Şebeke filtreleme
Şebeke filtre kapasitörleri genellikle kapsüllenmiş sarılı plastik film tipleridir, çünkü bunlar düşük maliyetle yüksek voltaj derecesi sunar ve kendi kendini iyileştiren ve eritilebilir hale getirilebilir. Ana şebeke filtre kapasitörleri genellikle seramik RFI / EMI bastırma kapasitörleri. Ana şebeke filtrelemesi için ek güvenlik gereksinimleri şunlardır:
- Nötr kapasitörlere giden hat alev geciktiricidir ve Avrupa'da X sınıfı dielektriklerin kullanılması gerekir.
- Hat veya toprağa nötr: Alev geciktirici olmalıdır; ayrıca, dielektrik kendi kendini iyileştirmeli ve eriyebilir olmalıdır. Avrupa'da bunlar Y sınıfı kapasitörlerdir.
Güç rayı filtreleme
Elektrolitik kapasitörler genellikle düşük maliyetli ve düşük boyutta yüksek kapasite nedeniyle kullanılır. Elektrolitiklerin yüksek frekanslardaki düşük performansını telafi etmek için daha küçük elektrolitik olmayanlar bunlarla paralel hale getirilebilir.
Bilgisayarlar çok sayıda filtre kondansatörü kullanmak, boyutu önemli bir faktör haline getirir. Katı tantal ve ıslak tantal kapasitörler, mevcut hacimsel olarak en verimli ambalajların bazılarında en iyi CV (kapasite / voltaj) performansından bazılarını sunar. Yüksek akımlar ve düşük voltajlar da düşük eşdeğer seri direnci (ESR) önemli. Katı tantal kapasitörler ESR gereksinimlerini genellikle karşılayabilen düşük ESR sürümleri sunar, ancak bunlar tüm kapasitörler arasında en düşük ESR seçeneği değildir. Katı tantalların tasarım aşamasında ele alınması gereken ek bir sorunu vardır. Tüm uygulamalarda katı tantal kapasitörlerin voltajı düşürülmelidir. % 50 voltaj düşüşü önerilir ve genel olarak endüstri standardı olarak kabul edilir; Örneğin. 50V katı tantal kapasitör asla 25V üzerindeki gerçek uygulama voltajına maruz bırakılmamalıdır. Katı tantal kapasitörler, uygun özen gösterilirse ve tüm tasarım yönergelerine dikkatle uyulursa çok güvenilir bileşenlerdir. Ne yazık ki, katı bir tantal kapasitör için arıza mekanizması bir kısa devre olup, yakın çevredeki diğer bileşenlere zarar verebilecek ve kapasitörün tamamen tahrip olabileceği bir PCB üzerinde şiddetli bir alevlenme ve sigara içmeye neden olacaktır. Neyse ki, çoğu katı tantal kapasitör arızaları anında ve çok belirgin olacaktır. Uygulamaya girdikten sonra katı tantal kapasitör performansı zamanla iyileşecek ve bileşenlerin yanlış imalatından kaynaklanan arıza olasılığı azalacaktır. Islak tantallar, hermetik bir paket içinde kapatılmış bir elektrolitik malzeme içinde bir tantal pelet kullanan bir elektrolitik kapasitör türüdür. Bu tip tantal kondansatör, katı bir tantal ile aynı değer kaybını gerektirmez ve arıza mekanizması açıktır. 85 ° C ile 125 ° C arasında çalışırken ıslak tantallar için% 10 ila% 20 voltaj düşüş eğrisi önerilir. Islak tantallar genellikle sadece 'elektrolitik' olarak adlandırılmaz çünkü genellikle 'elektrolitik' alüminyum elektrolitikleri ifade eder.
Motor yol vericiler
Tek aşamada sincap kafesi motorlar için, motor mahfazası içindeki birincil sargı, rotor üzerinde bir dönme hareketini başlatamaz, ancak birini sürdürebilir. Motoru başlatmak için, polarize olmayan bir ikincil sargı seri olarak kullanılır. başlangıç kondansatörü başlangıç sargısı boyunca sinüzoidal akımda bir gecikme sağlamak. İkincil sargı, birincil sargıya göre bir açıda yerleştirildiğinde, dönen bir elektrik alanı yaratılır. Dönme alanının kuvveti sabit değildir, ancak rotor eğirme işlemini başlatmak için yeterlidir. Rotor çalışma hızına yaklaştığında, bir santrifüj anahtarı (veya ana sargı ile seri halde akıma duyarlı röle) kapasitörün bağlantısını keser. Başlatma kondansatörü tipik olarak motor muhafazasının yan tarafına monte edilir. Bunlara kapasitör başlatma motorları denir ve nispeten yüksek başlangıç torkuna sahiptir.
Ayrıca, ikinci bir sargı ile seri halde kalıcı olarak bağlanmış bir faz kaydırma kapasitörüne sahip kapasitörle çalışan endüksiyon motorları da vardır. Motor, iki fazlı bir asenkron motor gibidir.
Motor çalıştırma kapasitörleri tipik olarak polarize olmayan elektrolitik türlerdir, çalışan kapasitörler ise geleneksel kağıt veya plastik filmdir dielektrik türleri.
Sinyal işleme
Kondansatörde depolanan enerji, bilgileri ikili formda olduğu gibi temsil etmek için kullanılabilir. DRAM'lar veya analog formda olduğu gibi analog örneklenmiş filtreler ve Şarj bağlı cihaz CCD'ler. Kondansatörler kullanılabilir analog devreler entegratörlerin veya daha karmaşık filtrelerin bileşenleri olarak ve olumsuz geribildirim döngü stabilizasyonu. Sinyal işleme devreleri ayrıca kondansatörleri kullanarak birleştirmek akım sinyali.
Ayarlanmış devreler
Kondansatörler ve indüktörler birlikte uygulanır ayarlanmış devreler belirli frekans bantlarında bilgi seçmek için. Örneğin, radyo alıcıları istasyon frekansını ayarlamak için değişken kapasitörlere güvenir. Hoparlörler pasif analog kullanır geçitler ve analog ekolayzerler farklı ses bantlarını seçmek için kapasitörler kullanır.
Algılama
Çoğu kondansatör, sabit bir fiziksel yapıyı koruyacak şekilde tasarlanmıştır. Bununla birlikte, çeşitli faktörler kondansatörün yapısını değiştirebilir; kapasitansta ortaya çıkan değişiklik için kullanılabilir duyu bu faktörler.
Dielektriği değiştirme
Dielektriğin özelliklerinin değiştirilmesinin etkileri, algılama ve ölçüm için de kullanılabilir. Açık ve gözenekli dielektrikli kapasitörler havadaki nemi ölçmek için kullanılabilir. Kondansatörler, içerisindeki yakıt seviyesini doğru bir şekilde ölçmek için kullanılır. uçaklar; yakıt bir çift plakayı daha fazla kapladıkça devre kapasitesi artar.
Plakalar arasındaki mesafenin değiştirilmesi
Esnek plakalı bir kapasitör, gerilim veya basıncı ölçmek için kullanılabilir veya ağırlık.
İçin kullanılan endüstriyel basınç transmiterleri Süreç kontrolü bir osilatör devresinin kapasitör plakasını oluşturan basınç algılayıcı diyaframlar kullanın. Kondansatörler, sensör içinde yoğunlaştırıcı mikrofonlar, bir plakanın diğer plakanın sabit konumuna göre hava basıncıyla hareket ettiği yer. Biraz ivmeölçerler kullanım mikroelektromekanik Sistemler (MEMS) kapasitörleri, ivme vektörünün büyüklüğünü ve yönünü ölçmek için bir yonga üzerine oyulmuştur. İvmedeki değişiklikleri tespit etmek için kullanılırlar, örn. eğim sensörleri olarak veya sensörler tetiklerken serbest düşüşü algılamak için hava yastığı dağıtım ve diğer birçok uygulamada. Biraz parmak izi sensörleri kapasitörler kullanın.
Plakaların etkili alanını değiştirme
Kapasitif dokunmatik anahtarlar artık birçok tüketici elektroniği ürününde kullanılmaktadır.
Osilatörler
Bir kapasitör, bir osilatör devresinde yay benzeri niteliklere sahip olabilir. Görüntü örneğinde, bir kapasitör, npn transistörün tabanındaki polarlama voltajını etkileme görevi görür. Gerilim bölücü dirençlerin direnç değerleri ve kondansatörün kapasitans değeri birlikte salınım frekansını kontrol eder.
Tehlikeler ve güvenlik
Kapasitörler, güç bir devreden çıkarıldıktan sonra uzun süre şarj tutabilir; bu şarj, tehlikeli veya hatta potansiyel olarak ölümcül şoklara veya bağlı ekipmanın hasar görmesine neden olabilir. Örneğin, 1.5 volt AA pil ile çalışan tek kullanımlık bir kamera flaş ünitesi gibi görünüşte zararsız bir cihaz bile 300 volttan fazla şarj edilebilen bir kapasitör içerir. Bu, kolaylıkla bir şok verebilir. Elektronik cihazlar için servis prosedürleri genellikle büyük veya yüksek voltajlı kapasitörlerin deşarjı için talimatlar içerir. Kapasitörler ayrıca, güç kesildikten sonra birkaç saniye içinde depolanan enerjiyi güvenli bir seviyeye dağıtmak için yerleşik deşarj dirençlerine sahip olabilir. Yüksek voltajlı kapasitörler, dielektrik absorpsiyon nedeniyle potansiyel olarak tehlikeli voltajlardan koruma olarak terminaller kısa devre yapılarak saklanır.
Bazı eski, büyük yağ dolu kapasitörler, Poliklorlu bifeniller (PCB'ler). Atık PCB'lerin düzenli depolama alanlarının altındaki yeraltı sularına sızabileceği bilinmektedir. PCB içeren kapasitörler "Askarel" ve diğer bazı ticari adlar içerdiği için etiketlendi. PCB ile doldurulmuş kapasitörler çok eski (1975 öncesi) floresan lamba balastlarında ve diğer uygulamalarda bulunur.
Yüksek voltajlı kapasitörler, derecelendirmelerinin ötesinde voltajlara veya akımlara maruz kaldıklarında veya normal ömürlerinin sonuna ulaştıklarında felaket bir şekilde arızalanabilir. Dielektrik veya metal ara bağlantı arızaları, dielektrik sıvıyı buharlaştıran ark oluşturarak şişkinlik, kopma ve hatta bir patlamaya neden olabilir. RF veya sürekli yüksek akım uygulamalarında kullanılan kapasitörler, özellikle kapasitör silindirlerinin merkezinde aşırı ısınabilir. Yüksek enerjili kapasitör banklarında kullanılan kapasitörler, bir kapasitördeki bir kısa devre, bankanın geri kalanında depolanan enerjinin arızalı birime aniden boşalmasına neden olduğunda şiddetli bir şekilde patlayabilir. Yüksek voltajlı vakum kapasitörleri, normal çalışma sırasında bile yumuşak X-ışınları oluşturabilir. Uygun muhafaza, eritme ve önleyici bakım bu tehlikeleri en aza indirmeye yardımcı olabilir.
Yüksek voltajlı kapasitörler, yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) devrelerinin çalıştırılmasında ani akımları sınırlamak için bir ön şarjdan yararlanabilir. Bu, bileşenin ömrünü uzatır ve yüksek voltaj tehlikelerini azaltabilir.
Ayrıca bakınız
Referanslar
- ^ Yeni nesil araba çözümü? Bilim adamları elektrostatik kapasitör kullanımlarını genişletiyor Arşivlendi 29 Nisan 2009, Wayback Makinesi
- ^ industrial-europe.com[kalıcı ölü bağlantı ]
- ^ Sıklık
- ^ tiz kesim filtresi