خازن الکتریکی وسیله ای است که می تواند بار و انرژی میدان الکتریکی را ذخیره کند. اساساً از یک جفت هادی (صفحات) تشکیل شده است که توسط یک لایه دی الکتریک از هم جدا شده اند. ضخامت دی الکتریک همیشه بسیار کوچکتر از اندازه صفحات است. در مدارهای معادل الکتریکی، خازن با 2 بخش موازی عمودی (II) نشان داده می شود.
کمیت ها و واحدهای اندازه گیری پایه
چند کمیت اساسی وجود دارد که یک خازن را تعریف می کند. یکی از آنها ظرفیت آن (حرف لاتین C) و دومی ولتاژ کاری (لاتین U) است. ظرفیت الکتریکی (یا به سادگی ظرفیت) در سیستم SI با فاراد (F) اندازه گیری می شود. علاوه بر این، به عنوان یک واحد ظرفیت، 1 فاراد - این مقدار زیادی است - تقریباً هرگز در عمل استفاده نمی شود. به عنوان مثال، بار الکتریکی سیاره زمین تنها 710 میکروفاراد است. بنابراین، ظرفیت الکتریکی خازنها در بیشتر موارد در مقادیر مشتق‌شده از فاراد اندازه‌گیری می‌شود: در پیکوفاراد (pF) با مقدار ظرفیت خازنی بسیار کوچک (1 pF=1/106µF)، در میکروفاراد (µF) در مقدار کافی بزرگ آن (1 uF=1/106 F). برای محاسبه ظرفیت الکتریکی لازم استمقدار بار انباشته شده بین صفحات را بر مدول اختلاف پتانسیل بین آنها (ولتاژ در خازن) تقسیم کنید. شارژ خازن در این حالت، بار انباشته شده روی یکی از صفحات دستگاه مورد نظر است. در 2 هادی دستگاه، مدول آنها یکسان است، اما در علامت متفاوت هستند، بنابراین مجموع آنها همیشه برابر با صفر است. بار یک خازن با کولن (C) اندازه گیری می شود و با حرف Q نشان داده می شود.
ولتاژ در لوازم الکتریکی
یکی از مهمترین پارامترهای دستگاه مورد نظر ما ولتاژ شکست است - اختلاف پتانسیل بین دو هادی خازن که منجر به شکست الکتریکی لایه دی الکتریک می شود. حداکثر ولتاژی که در آن خرابی دستگاه وجود ندارد با توجه به شکل هادی ها، خواص دی الکتریک و ضخامت آن تعیین می شود. شرایط عملیاتی که تحت آن ولتاژ روی صفحات دستگاه الکتریکی نزدیک به ولتاژ شکست است غیرقابل قبول است. ولتاژ کارکرد معمولی خازن چندین برابر کمتر از ولتاژ شکست (دو تا سه برابر) است. بنابراین، هنگام انتخاب، به ولتاژ نامی و ظرفیت خازن توجه کنید. در بیشتر موارد، ارزش این مقادیر بر روی خود دستگاه یا در گذرنامه مشخص می شود. گنجاندن یک خازن در شبکه برای ولتاژ بیش از ولتاژ نامی تهدید به خرابی می کند و انحراف مقدار ظرفیت خازن از مقدار اسمی می تواند منجر به آزاد شدن هارمونیک های بالاتر در شبکه و گرم شدن بیش از حد دستگاه شود.
ظاهر خازن
طراحی خازن ها می تواند باشدمتنوع ترین این بستگی به مقدار ظرفیت الکتریکی دستگاه و هدف آن دارد. پارامترهای دستگاه مورد نظر نباید تحت تأثیر عوامل خارجی قرار گیرد، بنابراین شکل صفحات به گونه ای است که میدان الکتریکی ایجاد شده توسط بارهای الکتریکی در شکاف کوچکی بین هادی های خازن متمرکز شود. بنابراین، آنها ممکن است از دو کره متحدالمرکز، دو صفحه مسطح یا دو استوانه هم محور تشکیل شوند. بنابراین، خازن ها بسته به شکل هادی ها می توانند استوانه ای، کروی و مسطح باشند.
خازن های دائمی
با توجه به ماهیت تغییر در ظرفیت الکتریکی، خازن ها به دستگاه هایی با ظرفیت ثابت و متغیر یا تریمر تقسیم می شوند. بیایید نگاهی دقیق تر به هر یک از این انواع بیندازیم. دستگاه هایی که ظرفیت آنها در حین کار تغییر نمی کند، یعنی ثابت است (مقدار خازن همچنان می تواند در محدوده های قابل قبول بسته به دما در نوسان باشد) خازن های ثابت هستند. وسایل الکتریکی نیز وجود دارند که ظرفیت الکتریکی خود را در حین کار تغییر می دهند که به آنها متغیر می گویند.
C در خازن به چه چیزی بستگی دارد
ظرفیت الکتریکی به مساحت سطح هادی ها و فاصله بین آنها بستگی دارد. راه های مختلفی برای تغییر این تنظیمات وجود دارد. یک خازن را در نظر بگیرید که از دو نوع صفحه تشکیل شده است: متحرک و ثابت. صفحات متحرک نسبت به صفحات ثابت حرکت می کنند که در نتیجه ظرفیت خازن تغییر می کند. برای تنظیم آنالوگ از آنالوگ های متغیر استفاده می شوددستگاه ها علاوه بر این، ظرفیت را می توان در طول عملیات تغییر داد. خازن های تریمر در بیشتر موارد برای تنظیم تجهیزات کارخانه استفاده می شوند، به عنوان مثال، برای انتخاب تجربی ظرفیت خازن زمانی که محاسبه غیرممکن است.
خازن در مدار
دستگاه مورد نظر در مدار DC فقط در لحظه ای که به شبکه متصل است جریان را هدایت می کند (در این حالت دستگاه تا ولتاژ منبع شارژ یا شارژ می شود). هنگامی که خازن به طور کامل شارژ می شود، جریانی از آن عبور نمی کند. هنگامی که دستگاه به یک مدار جریان متناوب متصل می شود، فرآیندهای تخلیه و شارژ آن با یکدیگر متناوب می شوند. دوره تناوب آنها برابر است با دوره نوسان ولتاژ سینوسی اعمال شده.
ویژگی های خازن
خازن بسته به حالت الکترولیت و ماده ای که از آن تشکیل شده است، می تواند خشک، مایع، اکسید-نیمه هادی، اکسید-فلز باشد. خازن های مایع به خوبی خنک می شوند، این دستگاه ها می توانند تحت بارهای قابل توجهی کار کنند و دارای ویژگی مهمی مانند خود ترمیم دی الکتریک در هنگام خرابی هستند. دستگاه های الکتریکی نوع خشک در نظر گرفته شده دارای طراحی نسبتاً ساده، افت ولتاژ و جریان نشتی اندکی کمتر هستند. در حال حاضر، این وسایل خشک هستند که محبوب ترین هستند. مزیت اصلی خازن های الکترولیتی قیمت پایین، اندازه فشرده و ظرفیت الکتریکی بالا آنهاست. آنالوگ های اکسید قطبی هستند (اتصال نادرست منجر به خرابی می شود).
نحوه اتصال
اتصال یک خازن به مدار DC به شرح زیر است: مثبت (آند) منبع جریان به الکترود متصل می شود که با یک فیلم اکسید پوشیده شده است. عدم رعایت این الزام ممکن است منجر به خرابی دی الکتریک شود. به همین دلیل است که خازن های مایع باید به مداری با منبع جریان متناوب متصل شوند و دو بخش یکسان را در سری های مخالف به هم وصل کنند. یا یک لایه اکسید روی هر دو الکترود اعمال کنید. بنابراین، یک دستگاه الکتریکی غیر قطبی به دست می آید که در شبکه هایی با جریان مستقیم و سینوسی کار می کند. اما در هر دو مورد، ظرفیت خازنی حاصل به نصف می رسد. خازن های الکتریکی تک قطبی بزرگ هستند، اما می توانند در مدارهای AC گنجانده شوند.
کاربرد اصلی خازنها
کلمه "خازن" را می توان از زبان کارگران شرکت های مختلف صنعتی و موسسات طراحی شنید. پس از پرداختن به اصل عملکرد، ویژگی ها و فرآیندهای فیزیکی، متوجه خواهیم شد که چرا به عنوان مثال در سیستم های منبع تغذیه به خازن نیاز است؟ در این سیستم ها، باتری ها به طور گسترده در ساخت و ساز و بازسازی در شرکت های صنعتی برای جبران توان راکتیو RFC (تخلیه شبکه از سرریزهای ناخواسته) استفاده می شود که باعث کاهش هزینه های برق، صرفه جویی در محصولات کابلی و ارائه برق با کیفیت بهتر به مصرف کننده می شود.. انتخاب بهینه توان، روش و محل اتصال منابع توان راکتیو (Q) در شبکه های سیستم های قدرت الکتریکی (EPS) فراهم می کند.تأثیر قابل توجهی بر عملکرد اقتصادی و فنی EPS. دو نوع KRM وجود دارد: عرضی و طولی. با جبران عرضی، بانک های خازن به موازات بار به شین های پست متصل می شوند و به آنها شنت (SHBK) می گویند. با جبران طولی، باتری ها در برش خط برق قرار می گیرند و SPC (دستگاه های جبران طولی) نامیده می شوند. باتری ها شامل دستگاه های جداگانه ای هستند که می توانند به روش های مختلف متصل شوند: خازن هایی که به صورت سری یا موازی متصل می شوند. با افزایش تعداد دستگاه های متصل به سری، ولتاژ افزایش می یابد. APC همچنین برای یکسان سازی بارها بر اساس فاز، افزایش بهره وری و کارایی کوره های قوس الکتریکی و سنگ معدنی (زمانی که APC از طریق ترانسفورماتورهای ویژه روشن می شود) استفاده می شود.
در مدارهای معادل خطوط انتقال نیرو با ولتاژ بیش از ۱۱۰ کیلوولت، هدایت خازنی به زمین به عنوان خازن نشان داده می شود. منبع تغذیه خط به دلیل ظرفیت خازنی بین هادی های فازهای مختلف و ظرفیت ایجاد شده توسط سیم فاز و زمین است. بنابراین برای محاسبه حالت های عملکرد شبکه، پارامترهای خطوط انتقال نیرو و تعیین محل های آسیب شبکه الکتریکی، از خواص خازن استفاده می شود.
برنامه های بیشتر
همچنین این اصطلاح را می توان از کارگران راه آهن شنید. چرا آنها به خازن نیاز دارند؟ در لوکوموتیوهای برقی و لکوموتیوهای دیزلی، از این دستگاه ها برای کاهش جرقه زدن کنتاکت های دستگاه های الکتریکی، صاف کردن جریان ضربانی تولید شده توسط یکسو کننده ها و پالس استفاده می شود.قطع کننده ها، و همچنین برای ایجاد یک نسل از ولتاژ سینوسی متقارن مورد استفاده برای تغذیه موتورهای الکتریکی.
اما این کلمه بیشتر از زبان آماتورهای رادیویی شنیده می شود. چرا او به خازن نیاز دارد؟ در مهندسی رادیو، از آنها برای ایجاد نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا استفاده می شود، آنها بخشی از صاف کردن فیلترها، منابع تغذیه، تقویت کننده ها و بردهای مدار چاپی هستند.
در جعبه دستکش هر راننده ای می توانید چند تا از این وسایل برقی را پیدا کنید. چرا در خودرو به خازن نیاز است؟ در آنجا از آنها در تجهیزات تقویت کننده سیستم های صوتی برای بازتولید صدای با کیفیت بالا استفاده می شود.
