Как определить напряжение конденсатора

Как проверить конденсатор?

При конструировании и ремонте электронной техники часто возникает необходимость в проверке радиоэлементов, в том числе и конденсаторов.

В сети много рекомендаций о том, как проверить конденсатор омметром. Когда-то я и сам применял такую методику. О ней я ещё расскажу.

Но на данный момент могу утверждать точно, что достоверно определить исправность конденсатора можно лишь с помощью прибора, который способен измерить его электрическую ёмкость.

Перед тем, как начать проверку конденсатора необходимо определить его тип. Все они делятся на две группы:

Неполярные. К ним относятся конденсаторы, в которых диэлектриком является слюда, керамика, бумага, стекло, воздух. Как правило, их ёмкость невелика и лежит в пределах от нескольких пикофарад до единиц микрофарад.
Полярные. К полярным конденсаторам относятся все электролитические конденсаторы, как с жидким электролитом, так и твёрдым. Их ёмкость уже лежит в диапазоне от 0,1 до 100000 микрофарад.

Среди неисправностей конденсаторов можно выделить три основных:

Электрический пробой. Как правило, пробой вызван превышением допустимого рабочего напряжения на обкладках конденсатора.
Обрыв. При обрыве конденсатор электрически представляет собой два изолированных проводника не имеющих никакой ёмкости. Обычно обрыв образуется вследствие механического воздействия, тряски или вибрации. Его причиной может быть некачественная конструкция элемента, а также нарушение допустимых режимов эксплуатации.
Повышенная утечка. Изменение сопротивления диэлектрика между обкладками. При такой неисправности ёмкость конденсатора становится заметно ниже, он не способен сохранять заряд.

Список неисправностей у электролитических конденсаторов заметно шире. В основном это касается алюминиевых электролитических конденсаторов, которые очень активно используются для фильтрации пульсирующего напряжения во всевозможных выпрямителях.

Потеря ёмкости, повышенная утечка.
Высокий ESR (ЭПС – эквивалентное последовательное сопротивление).

Как уже говорил, достоверно проверить исправность конденсатора можно лишь с помощью прибора, который способен измерить его ёмкость. Как правило, для этих целей применяются измерители индуктивности и ёмкости (LC-метры). Они довольно дороги.

Но, несмотря на это, можно найти доступный по цене мультиметр с функцией LC-метра. Например, в моей мастерской имеется мультитестер Victor VC9805A+.

Он имеет 5 пределов измерения и способен определить ёмкость в диапазоне от 20 нанофарад (20nF) до 200 микрофарад (200μF). С его помощью можно измерить ёмкость, как обычных неполярных конденсаторов, так и полярных электролитических.

Максимальный предел измерения ограничен значением в 200 микрофарад (мкФ), что не так уж и много, если учесть, что ёмкость электролитических конденсаторов порой доходит и до 10000 мкФ.

Измерительные щупы прибора подключаются к гнёздам измерения ёмкости (обозначается как Cx). При этом нужно соблюдать полярность их подключения.

Разъём измерения ёмкости (Сх)

На фото показан процесс измерения ёмкости конденсатора номиналом 100nF (0,1 мкФ). Для измерения выбран предел в 200 нанофарад.

Как видим, ёмкость соответствует той, что указана в маркировке на корпусе – 104,7nF. Конденсатор исправен.

А вот пример неисправного металлоплёночного конденсатора К73-17 на 100nF. Я его выявил совершенно случайно, полагал, что он полностью исправен.

Отмечу лишь то, что изначально я проверял данный конденсатор мультиметром в режиме омметра. Тогда я не обнаружил ничего подозрительного. На деле же он оказался неисправен, имел очень маленькую ёмкость, всего 737 пикофарад.

На следующем фото проверка этого же конденсатора универсальным тестером.

Именно поэтому для проверки конденсаторов стоит использовать тестер с функцией замера ёмкости. Это даст наиболее достоверный результат.

Исключением может быть электрический пробой, который легко обнаружить с помощью омметра, а порой и чисто визуально при внешнем осмотре. Вот пример.

На фото пробитый неполярный конденсатор на рабочее напряжение 1,2kV.

При значительном превышении рабочего напряжения на конденсаторе, между его обкладками происходит электрический пробой. На корпусе пробитых конденсаторов можно обнаружить потемнения, вздутия, тёмные пятна и другие внешние признаки повреждения элемента.

Корпус может быть расколотым или иметь на поверхности сколы и трещины.

Электрический пробой конденсатора в электронной схеме преобразователя может стать причиной выхода из строя компактной люминесцентной лампы. Об этом я упоминал на странице про устройство ламп КЛЛ.

Стоит отметить тот факт, что пробой у алюминиевых электролитических конденсаторов встречается довольно редко. Обратная ситуация наблюдается у танталовых конденсаторов, которые в силу своих особенностей плохо выдерживают даже незначительное превышение рабочего напряжения.

При измерении ёмкости у электролитического конденсатора стоит знать одну особенность. Так как допуск у них очень большой, порой достигающий 30%, то разброс значения ёмкости может быть весьма приличный. В таком случае не стоит считать конденсатор негодным. Кроме этого, многое зависит от того, каким прибором пользуетесь.

Вот список реальной ёмкости новых конденсаторов. Измерения проводились универсальным тестером LCR-T4:

2200 μF (35V) — реальная 2155μF (Jamicon);
470 μF (25V) — реальная 420,9μF (EPCOS);
220 μF (400V) — реальная 217,7μF (SAMWHA);
100 μF (450V) — реальная 98,79μF (Jamicon);
100 μF (400V) — реальная 101,1μF (SAMWHA);
82 μF (400V) — реальная 75,65μF (Jamicon);
82 μF (450V) — реальная 77,46μF (SAMWHA);
82 μF (450V) — реальная 77,05μF (CapXon);
68 μF (450V) — реальная 66,43μF (Jamicon);
33 μF (160V) — реальная 31,99μF (SAMWHA);
22 μF (250V) — реальная 22,21μF (SAMWHA);

Как видим, самым некачественным оказался конденсатор EPCOS B41828 105°C 470μF(M)25V.

Эти же конденсаторы были проверены мультиметром Victor VC9805A+. Так вот, он показал ёмкость конденсаторов меньше. Для кондёра 220μF (400V) он вообще намерил 187μF!

Неисправность электролитического конденсатора можно определить при внешнем осмотре. Если корпус его имеет разрыв насечки в верхней части корпуса – 100% его надо менять. Разрыв защитной насечки на корпусе свидетельствует о том, что на конденсатор действовало завышенное напряжение, вследствие чего и произошёл, так называемый, «взрыв».

Как уже говорилось, пробой алюминиевых электролитических конденсаторов явление достаточно редкое. Вместо этого имеет место такой вот «взрыв» или «вздутие». Происходит это от того, что при превышении допустимого напряжения или при переполюсовке, в конденсаторе начинается бурная химическая реакция. Она приводит к нагреву и испарению электролита, пары которого давят на стенки корпуса и разрывают защитный клапан.

«Взорвавшийся» электролитический конденсатор

Такие дефекты конденсаторов появляются, например, при воздействии мощного электрического разряда на электронный прибор во время грозы или сильных скачков напряжения в электроосветительной сети 220V.

Аналогичный эффект «вздутия» алюминиевого электролитического конденсатора проявляется и при его длительной эксплуатации. Так как электролит жидкий, то он имеет свойство испаряться при нагреве и длительной эксплуатации.

Стоит отметить, что конденсатор нагревается не только снаружи, но и изнутри. Связано это с наличием эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). При испарении электролита ёмкость конденсатора заметно снижается. Со временем он всё сильнее «вздувается». Про такой конденсатор говорят, что он высох.

При ремонте электронной аппаратуры порой бывают случаи, что в блоке питания прибора, отслужившего не один год, можно обнаружить целую грядку таких «дутышей».

Потеря ёмкости может быть причиной поломки телевизора. Такая неисправность не редкость. Об одной из них я уже рассказывал здесь.

Современные ЖК-телевизоры «конденсаторная чума» также не обходит стороной. Ознакомьтесь.

В современных условиях, когда имеет место широкое распространение импульсной техники, такой параметр, как ESR необходимо учитывать при тестировании электролитических конденсаторов. На сайте имеется таблица со значениями ESR новых конденсаторов разной ёмкости. В некоторых случаях, можно ориентироваться на неё.

Но, стоит знать, что в этой таблице приведены величины ESR преимущественно для одной серии конденсаторов (Jamicon, серия TK). Эта серия не относится к конденсаторам с низким ESR или низким импедансом (Low ESR/Low Impedance). Отличительным её свойством является широкий температурный диапазон эксплуатации, а данные о ESR в даташите на серию вообще не приводятся.

Так как большинство мультиметров не поддерживают функцию замера ESR, то при необходимости лучше приобрести специализированный тестер или универсальный тестер радиокомпонентов. Это незаменимый прибор в мастерской радиолюбителя и любого радиомеханика.

Меры предосторожности при проверке электролитических конденсаторов.

При проверке электролитического конденсатора необходимо полностью его разрядить! Особенно этого правила стоит придерживаться при проверке конденсаторов, имеющих большую ёмкость и высокое рабочее напряжение. Если этого не сделать, то можно испортить измерительный прибор высоким остаточным напряжением.

Например, часто приходиться проверять исправность конденсаторов, которые применяются в импульсных блоках питания. Их ёмкость и рабочее напряжение достаточно велики и при неполном разряде могут привести к порче мультиметра.

Поэтому перед проверкой их следует обязательно разрядить, закоротив выводы накоротко (для низковольтных конденсаторов с малой ёмкостью). Сделать это можно обычной отвёрткой.

Электролитический конденсатор ёмкостью 220 мкФ и рабочим напряжением 400 вольт

Конденсаторы с ёмкостью более 100 мкФ и рабочим напряжением от 63V желательно разряжать уже через резистор сопротивлением 5-20 килоОм и мощностью 1 – 2 Вт. Для этого выводы резистора соединяют с выводами конденсатора на несколько секунд, чтобы убрать остаточный заряд с его обкладок. Разряд конденсатора через резистор применяется для того, чтобы исключить появление мощной искры.

При проведении данной операции не стоит касаться руками выводов конденсатора и резистора, иначе можно получить неприятный удар током при разряде обкладок. Резистор лучше зажать пассатижами в изоляции и уже тогда соединить его с выводами конденсатора.

При закорачивании выводов заряженного электролитического конденсатора проскакивает искра, иногда очень мощная.

Поэтому следует позаботиться о защите лица и глаз. По возможности применять защитные очки или держатся от конденсатора при проведении таких работ подальше.

Проверка конденсаторов с помощью омметра.

Самым доступным и распространённым прибором, с помощью которого можно провести тестирование конденсатора, является цифровой мультиметр, включенный в режим омметра.

Поскольку конденсатор не пропускает постоянный ток, то сопротивление между его выводами (обкладками) должно быть очень большим и ограничиваться лишь так называемым сопротивлением утечки. В реальном конденсаторе диэлектрик, несмотря на то, что он является изолятором, всё-таки пропускает незначительный ток. Обычно, этот ток очень мал и не учитывается. Он называется током утечки.

Данный способ подходит для проверки неполярных конденсаторов. У них сопротивление утечки бесконечно большое и, если измерить сопротивление между выводами такого конденсатора цифровым мультиметром, то прибор зафиксирует бесконечно большое значение.

Обычно, если у конденсатора присутствует электрический пробой, то сопротивление между его обкладками составляет довольно малую величину – несколько единиц или десятки Ом. Пробитый конденсатор, по сути, является обычным проводником.

На практике проверить на пробой любой неполярный конденсатор можно так:

Переключаем мультиметр в режим измерения сопротивления и устанавливаем самый большой из возможных пределов. Для цифровых мультитестеров серий DT-83x, MAS83x, M83x, это будет предел 2M (2000k), то бишь, 2 мегаома.

Далее подключаем измерительные щупы к выводам проверяемого конденсатора. Если он исправен, то прибор не покажет никакого значения и на дисплее засветиться единичка. Это свидетельствует о том, что сопротивление утечки более 2 мегаом.

Этого достаточно, чтобы в большинстве случаев судить об исправности конденсатора. Если цифровой мультиметр чётко зафиксирует какое-либо сопротивление, которое меньше 2 мегаом, то, скорее всего, конденсатор имеет большую утечку.

Следует учесть, что держаться обеими руками выводов конденсатора и металлических щупов мультиметра при измерении нельзя! В таком случае прибор зафиксирует сопротивление вашего тела, а не сопротивление конденсатора. Поскольку сопротивление тела человека меньше сопротивления утечки, то ток потечёт по пути наименьшего сопротивления, то есть через ваше тело по пути рука – рука. Результат измерения будет некорректный. Об этом простом правиле стоит помнить при проверке и других радиодеталей.

Проверка полярных электролитических конденсаторов с помощью омметра несколько отличается от проверки неполярных.

Сопротивление утечки полярных конденсаторов обычно составляет не менее 100 килоОм. Для более качественных конденсаторов это значение составляет не менее 1 мегаома.

При проверке таких конденсаторов омметром следует сначала их разрядить, замкнув выводы накоротко. Если этого не сделать, то есть риск сжечь мультиметр.

Далее необходимо установить предел измерения сопротивления не ниже 100 килоОм. Для упомянутых выше конденсаторов это будет предел 200k (200000 Ом). Далее соблюдая полярность подключения щупов, измеряют сопротивление утечки.

Так как электролитический конденсатор имеют довольно большую емкость, то при проверке он начнёт заряжаться. Этот процесс занимает несколько секунд, в течение которых сопротивление на цифровом дисплее будет расти – показания на нём будут увеличиваться. Это будет продолжаться до тех пор, пока конденсатор полностью не зарядится. Если значение измеряемого сопротивления перевалило за 100 килоОм, то в большинстве случаев можно с достаточной уверенностью судить об исправности проверяемого элемента.

Одной из рядовых неисправностей электролитических конденсаторов является частичная потеря ёмкости. В таких случаях его ёмкость заметно меньше, чем указанная на корпусе. Определить такую неисправность при помощи омметра сложно. Я бы сказал, что невозможно. Для точного обнаружения такой неисправности, как потеря ёмкости потребуется измеритель ёмкости, который есть не в каждом мультиметре.

Также с помощью омметра трудно обнаружить такую неисправность конденсатора как обрыв.

Для полярных электролитических конденсаторов косвенным признаком обрыва может служить отсутствие изменения показаний на дисплее мультиметра при замере сопротивления.

Для неполярных конденсаторов малой ёмкости обнаружить обрыв практически невозможно, поскольку исправный конденсатор имеет очень высокое сопротивление. Заряд ёмкости такого конденсатора проходит очень быстро и из-за этого невозможно определить имеет ли конденсатор хоть какую-то ёмкость. На дисплее мультиметра показания меняться не будут, как это происходит при заряде ёмкого электролитического конденсатора.

Как вы уже поняли, обнаружить обрыв в неполярном конденсаторе можно лишь с помощью прибора для измерения ёмкости.

На практике обрыв в конденсаторах встречается довольно редко, в основном такое бывает при механических повреждениях. Куда чаще при ремонте аппаратуры приходиться заменять конденсаторы, имеющие электрический пробой либо частичную потерю ёмкости.

Проверка конденсатора стрелочным омметром.

Ранее, когда среди радиолюбителей были распространены стрелочные омметры, проверка конденсаторов проводилась похожим образом. При этом конденсатор заряжался от батареи омметра и сопротивление, показываемое стрелкой прибора, росло. В конечном итоге величина его достигала значения сопротивления утечки.

По скорости отклонения стрелки измерительного прибора от нуля и до конечного значения оценивали и емкость электролитического конденсатора. Чем дольше проходила зарядка (дольше отклонялась стрелка прибора), тем, соответственно, была больше ёмкость. Для конденсаторов с небольшой ёмкостью (1 – 100 мкф) стрелка измерительного прибора отклонялась достаточно быстро, что свидетельствовало о небольшой ёмкости, а вот при проверке конденсаторов с ёмкостью от 1000 мкф и более, стрелка отклонялась значительно медленнее.

Проверка конденсаторов с помощью омметра является косвенным методом. Более точную и правдивую оценку об исправности конденсатора и его параметрах позволяет получить мультиметр с возможностью измерения электрической ёмкости.

Максимальное напряжение на конденсаторе колебательного контура

Конденсатор – это двухполюсное устройство, имеющее постоянное или переменное емкостное значение и малую проводимость. Это элемент цепи, служащий накопителем энергии, что формирует электрическое поле; пассивный электронный компонент любого подключения. Содержит в себе несколько металлических электродов или обкладок, между которыми находится диэлектрик. Может иметь пакетную, трубчатую, дисковую, литую секционированную и рулонную конструкцию.

Конденсатор

Конденсатор имеет в плоскую или цилиндрическую форму. Плоское устройство состоит из относительно далеко расположенных друг от друга пластин, а цилиндрический – из нескольких полых коаксиальных проводящих цилиндров с радиусами r1 и r2 (основное условие – r1 > r2).

Термин из учебного пособия

Читайте также: Физика — ответы на экзамен 1-29 / Электрический ток, условия его существования

Полярность конденсатора

Полярность: некоторые конденсаторы изготавливаются таким образом, что они могут выдерживать приложенное напряжение только одной полярности, но не другой. Это связано с их конструкцией: диэлектрик представляет собой микроскопически тонкий слой изоляции, нанесенный во время изготовления на одну из пластин с помощью постоянного напряжения. Они называются электролитическими конденсаторами, и их полярность четко обозначена.

Рисунок 1 – Полярность конденсатора

Изменение полярности напряжения на электролитическом конденсаторе может привести к разрушению этого сверхтонкого диэлектрического слоя, что приведет к разрушению устройства. Однако толщина этого диэлектрика позволяет получать чрезвычайно высокие значения емкости при относительно небольшом размере корпуса. По той же причине электролитические конденсаторы имеют тенденцию иметь низкое номинальное напряжение по сравнению с другими типами конструкций конденсаторов.

Характеристики конденсаторов

Главной характеристикой прибора является емкость, то есть, количество энергии, которое он может накопить в виде электронов. Общее число зарядов на пластинах определяет величину емкости конденсатора.

Обратите внимание! Емкость зависит от площади обкладок и диэлектрической проницаемости материала. Чем больше площадь конденсаторных пластин, тем больше заряженных частиц могут поместиться на них и тем выше показатель емкости.

Емкость

Из важнейших характеристик также можно назвать удельную емкость, плотность, номинальную силу заряда и полярность. Из дополнительных параметров можно указать количество фаз, метод установки конденсатора, рабочую температуру, активный электрический ток переменного или постоянного типа.

В электротехнике существуют также понятия негативных факторов, искажающих рабочие свойства колебательного контура. К ним относятся электрическое сопротивление и эквивалентная последовательная индуктивность. В качестве примера негативного критерия можно привести показатель, показывающий падение заряда после отключения электричества.

Вам это будет интересно Формулировка и определение закона Ома

Схемы на все случаи жизни

Под номинальным напряжением конденсатора понимается предельно допустимое напряжение постоянного тока (или сумма напряжений постоянного и переменного токов), при котором конденсатор может работать в течение гарантируемого срока службы при максимально допустимой рабочей температуре.

Номинальное напряжение постоянного тока устанавливается с необходимым запасом по отношению к длительной электрической прочности диэлектрика, исключающим возникновение в течение гарантируемого срока службы сильного старения конденсатора, вызывающего существенное ухудшение его электрических характеристик.

Допускаемые значения амплитуды переменного тока выбираются таким образом, чтобы исключить возможность развития ионизации в конденсаторе и его нагрев сверх допускаемой предельной температуры.

Эти значения обычно приводятся в технических условиях на конденсатор. При эксплуатации конденсаторов на переменном или постоянном с переменной составляющей напряжениях следует придерживаться следующих правил:

• Сумма постоянной составляющей и амплитуды пульсации не должна превышать номинального рабочего напряжения.

• Амплитуда переменного напряжения не должна превышать величины, определяемой формулой: U=400*103*√(Pp/fC), где U — амплитуда переменного напряжения,В; Pp — допустимая реактивная мощность, Вар; С — емкость, пф; f — частота, гц.

Читайте также: Литий-полимерный аккумулятор — характеристики, плюсы и минусы

• Ток, проходящий через конденсатор, не должен превышать допустимой по ТУ величины. Максимальным значением допустимого переменного напряжения, равным номинальному, обладают керамические низковольтные высокочастотные конденсаторы. Ограничение напряжения для этих конденсаторов обусловливается допустимыми значениями реактивной мощности и тока.

Для слюдяных конденсаторов допустимое значение амплитуды переменного напряжения в процентах от номинального в соответствии с действующими ТУ приведено ниже. Для конденсаторов типов КСО, СГМ: • На номинальные напряжения до 500 В: 100% до 500 гц, 60% от 500 до 10000 гц, 20% более 10000 гц;

• На номинальные напряжения 500 В: 50% до 500 гц, 30% от 500 до 10000 гц, 10% более 10000 гц;

• На номинальные напряжения от 1000 до 3000 в: 30% до 50 гц, 20% от 500 до 10000 гц, 5% более 10000 гц;

• На номинальные напряжения 5000 в и выше: 15% до 500 гц, 20% от 500 до 10000 гц, 3% более 10000 гц.

Срок службы конденсаторов зависит от приложенного напряжения и окружающей температуры. Следовательно, существует принципиальная возможность в зависимости от времени, в течение которого будет эксплуатироваться конденсатор, и окружающей температуры устанавливать допустимые значения рабочих напряжений, значительно отличающиеся от номинальных. Это обстоятельство, расширяющее возможность применения конденсаторов, использовано в некоторых металлобумажных конденсаторах.

Во избежание повреждения конденсатора нельзя допускать, чтобы амплитудное значение переменной составляющей (любой формы, частоты и длительности воздействия) превышало величину приложенного постоянного напряжения, так как при этом на аноде периодически будет создаваться отрицательный потенциал.

Величина допускаемого значения переменной составляющей для электролитических конденсаторов зависит от типа конденсатора и уменьшается пропорционально частоте.

Некоторые типы конденсаторов нежелательно использовать при напряжениях, значительно ниже номинального (особенно ниже 1 в), так как могут возникнуть нарушения в работе схем из-за неустойчивости внутренних контактов между обкладками и выводами, роста потерь и развития окислительных процессов, приводящих к временной или постоянной потери емкости. Примером таких конденсаторов являются конденсаторы типа БМ-1.

При низких напряжениях наиболее надежными являются конденсаторы с припаянными или приваренными, контактами: керамические, стеклоэмалевые, стеклокерамические, бумажные (БМ-2, БМТ-2, К40У-9), металлобумажные (МБГ, МБГТ, МБМ, К42У-2), металлопленочные (МПГ, МПГО, К71П-2Б), фторопластовые (К72П-6).

Для отбраковки конденсаторов с заведомо низкой электрической прочностью, обусловленной грубыми случайными дефектами, заводы-изготовители проверяют конденсаторы испытательным напряжением, значительно превышающим номинальное. Конденсаторы должны выдерживать воздействие испытательного напряжения в течение короткого времени (обычно 10 сек) не пробиваясь.

Обычно испытательное напряжение выбирается, исходя из запаса кратковременной электрической прочности конденсатора.

Для слюдяных конденсаторов испытательное напряжение выбирается обычно в два раза больше номинального, для бумажных на напряжение до 1500 в 3 раза больше, а при 1500 в и выше в 2 раза больше.

Испытательным напряжением на заводах-изготовителях обычно проверяются все выпускаемые конденсаторы (испытание на электрическую прочность), что позволяет отбраковывать образцы с особо грубыми дефектами, но, однако, не обеспечивает безотказность при последующей эксплуатации конденсаторов, выдержавших это испытание. У конденсаторов, истинное пробивное напряжение которых превышало испытательное на сравнительно небольшую величину, воздействие испытательного напряжения может вызвать необратимое изменение в диэлектрике, снижающее запас электрической прочности.

При повторном испытании на электрическую прочность, такие конденсаторы могут выйти из строя. Эксперименты показывают, что если достаточно большую партию конденсаторов неоднократно испытывать одним и тем же испытательным напряжением, то при последующих испытаниях всегда будет иметься некоторое количество пробитых образцов.

Читайте также: Электродвигатели серии АИР, информация в маркировке

Исходя из сказанного, проверки конденсаторов на электрическую прочность следует стремиться уменьшать до предела, например до двух: 1) на заводе-изготовителе конденсаторов и 2) при входном контроле на заводе-потребителе.

Однако при входном контроле рекомендуется проводить испытание конденсаторов всех типов на кратковременную электрическую прочность при испытательном напряжении не выше 1.15*Uном.

Список использованной литературы

Элементы радиоэлектронной аппаратуры. Электрические конденсаторы постоянной ёмкости. В.Н. Гусев, В.Ф.Смирнов. — М.: Советское радио, 1968.

В чем измеряется напряжение конденсаторов

Напряжение отражается на корпусе оборудования и показывает то, при какой силе энергии оно работает. Измеряется напряжение конденсаторов в фарадах. Это единица, названная в честь Майкла Фарадея. Один фарад – это кулон, или заряд, прошедший через проводник за одну секунду при силе тока в один ампер. Как правило, фарады и кулоны не используются для измерения на практике, потому что чаще применяются дробные величины – микро-, нано- и пикофарады.

Измерение силы заряда двухполюсника

Что влияет на напряжение конденсаторов

Чтобы возник заряд, двухполюсник должен быть подключен к электрической цепи с постоянным током. Для этой цели может быть использован генератор, каждый из которых обладает внутренним сопротивлением. Во время короткого замыкания заряжается прибор, и между его обкладками появляется заряд. Поэтому на вольтаж конденсаторов влияет внутреннее сопротивление. Также, на него оказывают влияние температурные колебания – чем выше нагрев, тем ниже номинальный показатель напряжения.

Важно! На напряжение конденсаторов оказывает большое влияние ток утечки. Вопреки сложившемуся мнению, диэлектрик пропускает небольшое количество электротока, что приводит к потере начального заряда с течением времени, и напряжение в итоге незначительно падает.

Описание влияния на показатель

Немного конденсаторов и как они влияют на уровень пульсаций преобразователя

Как-то купил я некоторое количество разных радиокомпонентов в нашем местном магазине. И среди всего прочего там были и электролитические конденсаторы разных типов, которые мне понадобились для небольшой доработки одного из преобразователей и сегодня я расскажу о том, как простая замена конденсатора может сильно изменить характеристики преобразователя, ну или блока питания. Обзор сегодня будет короткий, собственно о конденсаторах вряд ли возможно долго рассказывать, но думаю что все таки и в таком виде он будет полезен. И да, в какой-то степени у меня сегодня «юбилейный», шестисотый обзор на муське.

Плату преобразователя, для которой я их планирую использовать, вы уже видели в одном из моих обзоров, а так как я все таки хочу ее применить по назначению, то решил немного доработать, для чего и были куплены конденсаторы.

Всего было куплено пять видов конденсаторов, двух производителей и с несколькими вариантами рабочего напряжения и емкости. Покупались в харьковском магазине Космодром вместе с кучей другой мелочевки.

Сначала мои любимые конденсаторы фирмы Samwha серии RD, в данном случае это 330мкФ 63 Вольта, стоят примерно по 20 центов, собственно потому что они недорогие и вполне качественные, я их часто и использую.

Следует отметить, что данные конденсаторы не относятся к низкоимпедансным и являются просто высокотемпературным вариантом более привычных SD, но тем не менее очень неплохо работают и в импульсных блоках питания.

Дальше все измеренные параметры будут идти в одном и том же порядке для всех конденсаторов и сюда входит: 1. Фото выштамповки на верхней крышке и форма изолятора 2. Вес, в данном случае двух конденсаторов, т.е. результат надо делить на 2. 3, 4. Габаритные размеры.

Зачем это надо. Конденсаторы очень часто подделывают и чтобы хот как-то иметь представление о виде оригинальных конденсаторов, нужен какой-то образец и в данном случае можно будет сравнивать купленные в других местах с данными фото.

Параметры обоих конденсаторов на частоте 100 Гц и 7.8 кГц.

Тоже Samwha, но уже другой серии, WL. Емкость 1000мкФ, напряжение 35 Вольт. Стоят примерно те же 20 центов — ссылка.

Данные конденсаторы уже относятся к низкоимпедансным, а значит их уже на «законном основании» можно применять в преобразователях и импульсных БП, они уже фигурировали у меня в обзоре доработки светильников.

Читайте также: Напряжение в 1 Вольт, физический смыл, простое определение

Форма изолятора, выштамповка и габаритные размеры. Конденсаторы довольно габаритные.

А вот дальше пойдут конденсаторы фирмы Panasonic и начну с самого компактного из обозреваемых — 470мкФ 35 Вольт. Стоят они конечно уже подороже, примерно по 30-35 центов — ссылка.

Это также низкоимпедансные конденсаторы, о чем и заявлено в даташите.

Выштамповка верхней крышки имеет своеобразную форму, хотя изолятор очень похож Samwha.

Помимо неплохих характеристик отмечу любопытный факт, если посмотреть на фото, то видно что у Samwha маркировка расположена так, что плюс будет справа (если смотреть выводами вниз), а у Panasonic наоборот, плюс получается слева.

Тоже Panasonic, той же серии, на те же 35 Вольт, но уже с емкостью 820мкФ, стоят уже по 80 центов — ссылка.

Выштамповка на крышке такая же как у предыдущих, а вот форма изолятора заметно отличается.

Параметры просто класс, рекомендую однозначно. В даташите параметры приведены для частоты 100кГц, но мой измеритель так не умеет

И третий Панасоник, выглядит немного по другому, цвет маркировки золотистый и есть логотип «М». Стоят чуть больше одного доллара за штучку — ссылка.

Форма выштамповки и изолятора точно такая же как у предыдущих, отличие только в самой маркировке.

Если сравнивать с Samwha RD, то здесь параметры конечно заметно лучше, но и разница в цене существенная.

Переделка проста и незамысловата, выпаиваем родные конденсаторы, ставим новые. Изначально стоял китайский «Sanyo» 470мкФ 50 Вольт. Из показанных выше пяти типов я выбрал два, на вход Samwha RD 330х63, на выход Panasonic 330х50. Изначально думал поставить на вход 330х50, а на выход пару 470х35 или один 820х35, но решил перестраховаться так как по входу будет около 48-50 Вольт и снижать его не хочется, а по выходу 35 были бы впритык. Samwha WL оказался слишком большим, еле влазил и я не стал его применять. Вообще выбор конденсаторов небольшого диаметра на 50-63 Вольта и емкостью 330мкФ и выше очень мал, хотелось что-то более емкое и желательно качественное с низким ESR, но увы…

Можно было бы конечно этим и ограничится, но мне очень было любопытно, есть ли разница в итоге и если есть, то какая, потому я сначала подключил плату с родными конденсаторами, измерил пульсации на выходе, а потом заменил конденсаторы и провел тот же тест в тех же условиях. Входное напряжение везде около 22 вольт, выходное: 1. 3.3 вольта 8 ампер 2. 6 вольт 8 ампер 3. 15 вольт 3.5 ампера.

Слева до переделки, справа соответственно после, хотя думаю что вы и так догадались «кто есть кто»

А это измерения родных конденсаторов, самого плохого и самого хорошего, параметры третьего находятся где-то посередине. Если коротко, то примерно как у обычных конденсаторов, например Samwha стандартной серии на 85 градусов, но вот насчет долговечности у меня есть некоторые сомнения, думаю Samwha все таки будет надежнее.

И так, могу сказать что результат есть, причем очень даже наглядный, пульсации снизились примерно в 5-6 раз и это при том, что до переделки по выходу емкость была 940 мкФ, а теперь 660, так что и емкость уменьшили и пульсации снизили, надеюсь что и надежность заметно повысилась.

Если коротко, Panasonic очень понравились, все, Samwha тоже, но с ней я знаком давно и в принципе знал чего ожидать, но если хочется качественно, то лучше все таки Panasonic, в данном случае это была серия FR.

Как всегда буду рад комментариям и вопросам, надеюсь что обзор был полезен.

Как вычислить напряжение и вольтаж

Чтобы определить мощность, напряжение и вольтаж двухполюсников, можно использовать мультиметр или специальную формулу для теоретических расчётов. Чтобы проверить мультиметром силу заряда и количество вольт, необходимо вставить щупы в измеряемое оборудование, переключить прибор на режим омметра, нажать на соответствующую клавишу проверки и получить запрашиваемый показатель.

Обратите внимание! Сила заряда при проверке быстро падает, поэтому правильной будет та цифра, которая появилась на индикаторе мультиметра в самом начале измерений.

Вычисление мультиметром

Формулы измерения напряжения конденсаторов

Численный показатель напряжения равен электродвижущей силе. Также он определяется, как емкость, поделенная на величину заряда, исходя из формулы определения его величины. В соответствии с ещё одним правилом, напряжение равно току утечки, поделенному на изоляционное сопротивление.

Вам это будет интересно Как воздействует электрический ток на организм человека

Читайте также: Как поменять выключатель света в квартире пошагово своими руками: с одной клавишей или двумя кнопками, схемы и инструменты для замены самостоятельно

Основные формулы для расчета

В целом, конденсатор – это устройство для аккумулирования электрического заряда, состоящее из нескольких пластинчатых электродов, которые разделены с помощью диэлектриков. Устройство имеет электрод, измеряемый в фарадах. Один фарад равен одному кулону. На напряжение устройства влияет ток, показатели которого можно вычислить через описанные выше формулы.

Эквивалентная схема конденсатора

Эквивалентная схема: поскольку пластины в конденсаторе имеют некоторое сопротивление, и поскольку ни один диэлектрик не является идеальным изолятором, не существует такой вещи, как «идеальный» конденсатор. В реальной жизни конденсатор имеет как последовательное сопротивление, так и параллельное сопротивление (сопротивление утечки), взаимодействующие с его чисто емкостными характеристиками:

Рисунок 2 – Эквивалентная схема конденсатора

К счастью, относительно легко изготовить конденсаторы с очень маленьким последовательным сопротивлением и очень высоким сопротивлением утечки!

Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах

Нахождение тока конденсаторного заряда происходит по формуле, представленной ниже. Измеряется он в фарадах, что равно кулону или вольту.

Формула нахождения заряда конденсатора

В целомэто элемент электросети, накапливающий и сохраняющий напряжение в ней. Бывает разного типа и размера, к примеру, электролитическим, керамическим и танталовым. Состоит, в основном, из нескольких токопроводящих обкладок с диэлектриком. Его емкость зависит от размеров диэлектрика и заполнителя между обкладками. Заряжается благодаря электричеству. Определить ток конденсаторного заряда можно измерительными приборами и формулой.

Назначение конденсаторов

Конденсатор является пассивным элементом электронной схемы, состоящей их двух токопроводящих обкладок, которые разделены каким-нибудь диэлектриком.

Читайте также: Токовые клещи (постоянного и переменного тока): что это такое, для чего нужны, основные отличия + как ими правильно пользоваться

Свойства и выполняемые функции

Основной задачей конденсатора является накопление определенного объема электростатического заряда на обкладках, после включения его в цепь под напряжением. Когда питание отключается, конденсатор сохраняет полученный заряд.

Если конденсатор подключен к замкнутой цепи, но уже без питания, или напряжение в ней будет ниже, чем то, что накоплено в конденсаторе, то произойдет полная либо частичная разрядка элемента с высвобождение накопленной энергии.

Как рассчитать емкость конденсатора для переменного тока

Тут же введем понятие о емкости конденсатора. Простыми словами – это количество электрической энергии, которую способен накопить элемент, включенный в сеть. Обозначается этот параметр латинской буквой «С», а измеряется он в Фарадах (F).

Интересно знать! Конденсаторы переменного тока большой емкости способны создавать при быстром разряде очень мощные импульсы. Использовать их можно, к примеру, в мощных фотовспышках.

Рассчитывается емкость по следующей формуле: C=q/U, где q – это заряд на одной обкладке в Кулонах (количество энергии, прошедшей через проводник за 1 сек при силе тока в 1 Ампер); а U – Напряжение в Вольтах между оболочками.

Обозначение емкости в микро Фарадах

На корпусе любого конденсатора содержатся данные о его основных параметрах, среди которых есть и емкость. На фото выше выделено красным, такое обозначение. Там же можно узнать рабочие напряжение и температуру.
Все просто, однако стоит учитывать, что указанная емкость является номинальной, тогда как реальная ее величина может довольно сильно отличаться, на что оказывает влияние множество факторов.
Емкость конденсатором может разниться от единиц пикофарад до десятков фарад, что зависит от площади электрода (чаще алюминиевой фольги).

Интересно знать! Чтобы увеличить полезную емкость фольгу сворачивают в рулоны – так получаются цилиндрические конденсаторы.

Конденсатор в разрезе – слои фольги чередуются с бумагой

Если в схеме требуется большая емкость конденсаторов, то их подключают параллельно. В таком случае сохраняется рабочее напряжение, но емкость будет увеличиваться прямопропорционально, то есть составит сумму емкостей подключенных конденсаторов.

Соединения конденсаторов в цепях переменного тока: расчет емкости при последовательном и параллельном подключении

Если конденсаторы соединить последовательно, то емкость изменяться не будет, точнее она будет немного меньше, чем минимальная емкость, включенная в цепь. Для чего же нужно такое подключение? При нем вероятность пробоя одного из конденсаторов сводится минимуму, то есть они как бы распределяют нагрузку.

Для конденсаторов характерен и такой параметр, как удельная емкость. Это прямое отношение емкости электро детали к массе или объему диэлектрика. Максимальные значения этого параметра могут быть достигнуты при наименьшей толщине диэлектрической прокладки, однако для пробоя такого конденсатора требуется меньшее напряжение, про которое мы сейчас и поговорим.
Маркировка детали также указывает номинальное напряжение. Тут все предельно просто – это значение показывает максимальный уровень напряжения в цепи, при которой радиодеталь сможет отработать весь свой срок службы, не меняя при этом сильно своих заданных параметров.
Отсюда простой вывод – напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального, иначе его может пробить.
На уровень номинального напряжения влияют материалы, из которых конденсатор собран.

Понятие полярности для конденсаторов и их выход из строя

Интересно знать! У многих типов конденсаторов допустимое напряжение будет уменьшаться по мере его нагрева, поэтому на корпусах изделий также указывается и максимальная рабочая температура.

Данные конденсаторы вышли из строя без взрыва, об этом можно судить по вздувшимся крышкам бочонков

Выход из строя конденсаторов очень распространенная поломка в электротехнике. «Умирать» они могут по-тихому, просто вздувшись, или под канонаду нехилого взрыва, заливая все ближайшие детали электролитом, под «сценический дым» и прочие эффекты.

Именно поэтому диагностировать выход из строя этого элемента можно чисто визуально, без применения тестовой аппаратуры, но не всегда.

Конденсатор не выдержал нагрузки

Многие электролитические конденсаторы (с оксидным диэлектриком), из-за особенностей взаимодействия диэлектрика и электролита, способны работать только при соблюдении определенной полярности, о чем обязательно гласит соответствующая маркировка на корпусе детали.

Читайте также: Пме 211 схема подключения 380 двигатель вперед

Разные обозначения полярности конденсаторов

При попытке включить их в цепь в обратной полярности, конденсаторы обычно моментально выходят из строя – разрушается диэлектрик, закипает электролит, в результате чего произойдет тот самый взрыв.
Взрываются конденсаторы довольно часто, особенно в импульсных устройствах. Происходит это из-за перегрева, по причине утечки или увеличения эквивалентного последовательного сопротивления по мере старения детали.
Не секрет, что поврежденная деталь в любой схеме может быть заменена на новую, и устройство будет функционировать как и раньше, однако последствия взрыва могут быть достаточно серьезны — повредятся соседние элементы, что сильно осложнит ремонт, плюс возрастет его цена.

Для уменьшения последствий на корпусах конденсаторов большой емкости устанавливают клапан или же делают насечку с торца в виде букв «Х, К, и Т». Такие конденсаторы взрываются очень редко, из-за того, что либо клапан, либо разрушившийся по насечке корпус выпускают электролит в виде едких испарений, то есть давление внутри корпуса снижается.

Прочие параметры

Помимо тех параметров, что мы уже разобрали, конденсаторы обладают индуктивностью и собственным сопротивлением, поэтому схему реального конденсатора можно представить следующим образом.

Строение конденсатора с учетом всех его основных параметров

Данные параметры можно назвать паразитическими, так как они препятствуют идеальной работе детали.

К таковым относятся (обозначаем как в схеме выше):

Сопротивление изоляции конденсатора (r) – значение определяемое соотношением фактического напряжения приложенного к конденсатору к току утечки.
Эквивалентное последовательное сопротивление (R) – это электрическое сопротивление материала, из которого изготовлены обкладки, выводов конденсатора и контактов с платой. Сюда же стоит включать потери в диэлектрике. ЭПС начинает увеличиваться с возрастанием частоты тока.
Поглощение диэлектрика. При быстрой разрядке конденсатора в момент подключения нагрузки с низким сопротивлением, если снять нагрузку, то, спустя какое то время, можно увидеть, что напряжение на выводах конденсатора начнет медленно увеличиваться. Это явление называется еще абсорбцией электрического заряда. Насколько интенсивно будет проявляться этот эффект зависит от свойств применяемого в конденсаторе диэлектрика.

Также к паразитным параметрам относятся тангенс угла потерь и температурный коэффициент емкости, однако лезть так глубоко в дебри в ознакомительной статье мы не будем.

Типы конденсаторов

Классифицируются конденсаторы, прежде всего, по типу используемого в них диэлектрика, который и определяет все электрические параметры элемента.

Конденсатор вакуумного типа

Вакуумные конденсаторы – строение их таково, что несколько коаксиальных цилиндров, которые встроены один в один, располагаются во внешнем стеклянном цилиндре. Для этих устройств характерна наибольшая мощность в единице объема.

Конденсатор воздушный для переменного тока

Воздушные или газовые конденсаторы – бывают постоянной и переменной емкости. Применяются они в основном в электроизмерительном оборудовании, радиоприемниках и передатчиках, так как позволяют настраивать колебательные контуры.
Конденсаторы с жидким диэлектриком;

Керамический однослойный конденсатор

Конденсаторы с твердыми неорганическими диэлектриками – к ним относятся модели на стеклоэмалях, стеклокерамике, стеклопленках, слюде, керамике и прочем. Для таких конденсаторов характерна очень большая емкость, несмотря на их скромные габариты.

Конденсатор бумажный

Конденсаторы с твердыми органическими диэлектриками – здесь разнообразие тоже велико: бумажные и металлобумажные, пленочные и комбинированные.

Электрический танталовый конденсатор

Отдельно можно выделить конденсаторы электролитические и оксидно-полупроводниковые, так как их отличает большая удельная емкость. В качестве диэлектрика в них используется слой оксида вокруг металлического анода. Вторая обкладка в нем – это либо электролит, в первом случае, либо полупроводник – во втором. Анод, в зависимости от конденсатора, может быть изготовлен из танталовой, ниобиевой или алюминиевой фольги, а также из спеченного порошка.

Такая классификация не единственная и различают конденсаторы и по возможности изменения их емкости:

Постоянные – это конденсаторы, емкость которых является постоянной в течение срока службы, не считая изменений связанных со старением детали.

Воздушный конденсатор может менять свою емкость

Читайте также: Как рассчитывается сила тока в электрической цепи: формулы и порядок расчета при разных известных показателях

Переменные – этот вид способен менять свою емкость во время работы оборудования. Управление такими конденсаторами реализуется через механику, электрическое напряжение, а также температуру.

Конденсаторы подстроечные

Подстроечные – емкость этих конденсаторов также может меняться, но происходит это не во время работы аппаратуры, а разово, при установке или настройке. Применяются они в основном при выравнивании начальных емкостей у сопрягаемых контуров, а также для регулировки параметров цепей схем.

Применение конденсаторов

Заканчивая первую часть статьи, не можем не обратить внимание на сферы применения этих элементов электрических цепей. А применяются они повсеместно.

Их комбинируют с катушками индуктивности и резисторами, чтобы получать цепи, в которых свойства тока будут зависеть от его частоты, например, фильтр частот или цепь обратной связи колебательного контура.
В системах, где требуется создание мощного импульса, про которые мы уже сегодня упоминали – вспышки фотоаппаратов, импульсные лазеры, генераторы Маркса и прочее.
Применяются конденсаторы и в качестве элемента памяти, так как способны сохранять заряд достаточно длительное время. Это же свойство применяется в устройствах, предназначенных для хранения энергии.
Если говорить об электротехнике промышленного уровня, то конденсаторы применяются для компенсации реактивной мощности и в качестве фильтров высших гармоник.

И это далеко не все сферы, но мы думаем, что этого пока достаточно. Давайте лучше перейдем к опытам и посмотрим, что же происходит с током, когда он проходит через конденсатор.

формулы для конденсаторов

Одним из важных элементов электрической цепи является конденсатор, формулы для которого позволяют рассчитать и подобрать наиболее подходящий вариант. Основная функция данного устройства заключается в накоплении определенного количества электроэнергии. Простейшая система включает в себя два электрода или обкладки, разделенные между собой диэлектриком.

В чем измеряется емкость конденсатора
Формула энергии конденсатора
Формула заряда конденсатора
Формула тока утечки конденсатора

Что такое конденсатор

Конденсатор

Термин из учебного пособия

Измерение емкости конденсатора мультиметром и специальными приборами

Некоторые мультиметры имеют функцию измерения емкости. Взять хотя бы эти распространенные модели: M890D, AM-1083, DT9205A, UT139C и т.д.

Также в продаже есть цифровые измерители емкости, например, XC6013L или A6013L.

С помощью любого из этих приборов можно не только узнать точную емкость конденсатора, но и убедиться в отсутствии короткого замыкания между обкладками или внутреннего обрыва одного из выводов.

Читайте также: Про размер зимнего комбинезона Lassie

Некоторые производители даже уверяют, что их мультиметры способны проверить емкость конденсатора не выпаивая его с платы. Что, конечно же, противоречит здравому смыслу.

К сожалению, проверка конденсатора мультиметром не поможет определить такие наиважнейшие параметры, как ток утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Их измерить только с помощью специализированных тестеров. Например, с помощью весьма недорогого LC-метра.

Ёмкость плоского конденсатора

Ёмкость уединённого проводника на практике используется редко. В обычных ситуациях проводники не являются уединёнными. Заряженный проводник взаимодействует с окружающими телами и наводит на них заряды, а потенциал поля этих индуцированных зарядов (по принципу суперпозиции!) изменяет потенциал самого проводника. В таком случае уже нельзя утверждать, что потенциал проводника будет прямо пропорционален его заряду, и понятие ёмкости проводника самого по себе фактически утрачивает смысл.

Можно, однако, создать систему заряженных проводников, которая даже при накоплении на них значительного заряда почти не взаимодействует с окружающими телами. Тогда мы сможем снова говорить о ёмкости — но на сей раз о ёмкости этой системы проводников.

Наиболее простым и важным примером такой системы является плоский конденсатор. Он состоит из двух параллельных металлических пластин (называемых обкладками), разделённых слоем диэлектрика. При этом расстояние между пластинами много меньше их собственных размеров.

Для начала рассмотрим воздушный конденсатор, у которого между обкладками находится воздух

Пусть заряды обкладок равны и . Именно так и бывает в реальных электрических схемах: заряды обкладок равны по модулю и противоположны по знаку. Величина — заряд положительной обкладки — называется зарядом конденсатора.

Пусть — площадь каждой обкладки. Найдём поле, создаваемое обкладками в окружающем пространстве.

Поскольку размеры обкладок велики по сравнению с расстоянием между ними, поле каждой обкладки вдали от её краёв можно считать однородным полем бесконечной заряженной плоскости:

Характеристики конденсаторов

Емкость

Читайте также: Металлоискатель: принцип работы, виды, модификации, достоинства и недостатки

Вам это будет интересно Особенности расчёта токов КЗ

Полярные и неполярные конденсаторы

Очень важным является разделение конденсаторов на полярные и неполярные.

Приборы на основе оксидов: электролитические алюминиевые и танталовые обычно являются полярными, а значит если перепутать их полярность — они выйдут из строя. Причём этот выход из строя будет сопровождаться бурной электрохимической реакций вплоть до взрыва конденсатора.

На полярных конденсаторах всегда имеется маркировка. Как правило на электролитических конденсаторах на корпусе контрастной полосой отмечается отрицательный вывод (катод), у танталовых (в желтых прямоугольных корпусах) полоской помечается положительный вывод (анод). Если есть сомнения в маркировке, то лучше найти документацию на этот конденсатор и убедиться.

Неполярные же конденсаторы можно включать в цепь какой угодно стороной. К примеру, многослойные керамические конденсаторы — неполярные.

Мощность цепи с конденсатором

Выражение мгновенной мощности реального конденсатора

p = ui = Umsinωt * Imsin(ωt+φ)

совпадает с выражением мгновенной мощности катушки. Рассуждения, аналогичные тем, которые сделаны при рассмотрении графика мгновенной мощности катушки (см. рис.13. 11), можно провести и для реального конденсатора на основе графика рис. 13.17. Величины активной, реактивной и полной мощностей выражаются теми же формулами, какие были получены для катушки [см. (13.19) — (13.22)]. Это нетрудно показать, если стороны треугольника токов, выраженные в единицах тока, умножить на напряжение U. В результате умножения получится подобный треугольник мощностей (рис. 13.16, в), катетами которого являются мощности; активная

P = UIG = UIcosφ

реактивная

Q = UIC = UIsinφ

полная

Формула заряда конденсатора

Для выполнения зарядки, конденсатор должен быть подключен к цепи постоянного тока. С этой целью может использоваться генератор. У каждого генератора имеется внутреннее сопротивление. При замыкании цепи происходит зарядка конденсатора. Между его обкладками появляется напряжение, равное электродвижущей силе генератора: Uc = E.

Обкладка, подключенная к положительному полюсу генератора, заряжается положительно (+q), а другая обкладка получает равнозначный заряд с отрицательной величиной (- q). Величина заряда q находится в прямой пропорциональной зависимости с емкостью конденсатора С и напряжением на обкладках Uc. Эта зависимость выражается формулой: q = C x Uc.

В процессе зарядки одна из обкладок конденсатора приобретает, а другая теряет определенное количество электронов. Они переносятся по внешней цепи под влиянием электродвижущей силы генератора. Такое перемещение является электрическим током, известным еще как зарядный емкостной ток (Iзар).

Течение зарядного тока в цепи происходит практически за тысячные доли секунды, до того момента, пока напряжение конденсатора не станет равным электродвижущей силе генератора. Напряжение увеличивается плавно, а потом постепенно замедляется. Далее значение напряжения конденсатора будет постоянным. Во время зарядки по цепи течет зарядный ток. В самом начале он достигает максимальной величины, так как напряжение конденсатора имеет нулевое значение. Согласно закона Ома Iзар = Е/Ri, поскольку к сопротивлению Ri приложена вся ЭДС генератора.

Конденсатор в цепях электрического тока

Итак, мы приблизительно поняли, что такое конденсатор, но как работает сей элемент, еще толком не разобрали.

Цепь постоянного тока

Если говорить простыми словами, то конденсатор, или «кондер», как его называют в народе – это небольшой элемент, который словно аккумулятор способен накапливать в себе некий заряд, который он готов разрядить за считанные доли секунды

Интересно знать! В отличие от аккумулятора в конденсаторе отсутствует источник ЭДС.

Чтобы кондеру разрядиться, ему нужно замкнуть контакты напрямую, либо через цепь. Вроде бы все ясно, но как происходит течение тока в конденсаторе при подключении его в сеть.

Начнем с постоянного тока, и проведем один небольшой опыт. Для этого нам понадобятся сам конденсатор, источник постоянного тока на 12 Вольт и лампочка с проводами, тоже на 12 Вольт.

Все элементы собраны в цепь

Подключаем все это вместе, как показано на фото выше, и видим, что ничего не происходит – лампочка не горит.

Подключение в обход конденсатора

Меняем положение «крокодила» так, чтобы пустить ток в обход конденсатора. И, о чудо! Лампочка загорелась! Почему же так происходит?
Все просто, достаточно помнить, что ток через конденсатор протекает, только когда он заряжается и разряжается, причем напряжение всегда будет отставать от тока.
Разряженный конденсатор сродни короткому замыканию в цепи – при его подключении к источнику напряжения, в первый момент времени напряжения в нем нет, но зато имеется ток, который в этот момент времени является максимальным (вот вам и отставание).
Ток течет через конденсатор, и тот начинает накапливать заряд, увеличивая свое внутреннее напряжение до тех пор, пока оно не сравняется с напряжением источника питания и кондер не заполнит всю свою емкость.
В этот момент времени ток перестает течь, а так как конденсатор не может разрядиться, то, соответственно, и лампочка гореть не будет.
Сравнить этот процесс можно с водяной системой в виде сообщающегося сосуда, разделенного заслонкой, при том, что одна часть пустая, а вторая полная. Уберите препятствие, и вода потечет во второй сосуд, пока давления не выровняются, то есть напор не спадет до нуля.
А что было бы, если бы конденсатор отсоединился от цепи и закоротился? Да все то же самое! В первый момент времени ток будет максимальным при неизменном напряжении. Ток побежит вперед, а напряжение вслед за ним, пока весь заряд не уйдет.
Снова в качестве примера берем водяную систему, состоящую из полного бачка, который будет играть роль конденсатора, и краника на нем, через который можно осуществить слив воды. Открывает кран и видим, что вода тут же потекла, при этом давление (напряжение) будет падать плавно, по мере опустошения емкости.

Эти же закономерности характерны и для синусоидального тока, о чем мы сейчас и поговорим.

Определение емкости неизвестного конденсатора

Способ : измерение емкости специальными приборами

Самый просто способ — измерить емкость с помощью прибора, имеющего функцию измерения емкостей. Это и так понятно, и об этом уже говорилсь в начале статьи и тут нечего больше добавить.

Если с приборами совсем туган, можно попробовать собрать простенький самодельный тестер. В интернете можно найти неплохие схемы (посложнее, попроще, совсем простая).

Ну или раскошелиться, наконец, на универсальный тестер, который измеряет емкость до 100000 мкФ, ESR, сопротивление, индуктивность, позволяет проверять диоды и измерять параметры транзисторов. Сколько раз он меня выручал!

Как вычислить напряжение и вольтаж

Вычисление мультиметром

Относительная диэлектрическая проницаемость

Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость

. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме
.
Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом поляризации

– смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.

Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.

Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.

Читайте также: Как понять Закон Ома: простое объяснение для чайников с формулой и понятиями

Бумага – от 2.5 до 3.5

Стекло – от 3 до 10

Слюда – от 5 до 7

Порошки оксидов металлов – от 6 до 20

Формулы измерения напряжения конденсаторов

Вам это будет интересно Как выбрать цветовую температуру

Основные формулы для расчета

Треугольник проводимостей для конденсатора

Стороны треугольников токов, выраженные в единицах тока, разделим на напряжение U. Получим подобный треугольник проводимостей (рис. 13.16, б), катетами которого являются активная G = IG/U и емкостная Вс = Iс/U проводимости, а гипотенузой — полная проводимость цепи Y = I/U. Из треугольника проводимостей

Связь между действующими величинами напряжения и тока выражается формулами

I = UY

U = I/Y (13.35)

Из треугольников токов и проводимостей определяют величины

cosφ = IG/I = G/Y; sinφ = Ic/I = Bc/Y; tgφ = IC/IG = Bc/G. (13.36)

источники:

https://go-radio.ru/test-capacitors.html

https://svoy-elektrik.ru/pribory/maksimalnoe-znachenie-napryazheniya-na-kondensatore.html

https://electrica-1.ru/vazhno-znat/kak-najti-napryazhenie-na-kondensatore.html