Расчет емкости конденсатора

Расчет емкости конденсатора

При вводе данных в качестве десятичного разделителя используйте точку!

При нормальной работе трехфазных асинхронных электродвигателей с конденсаторным пуском, включенных в однофазную сеть предполагается изменение (уменьшение) емкости конденсатора с увеличением частоты вращения вала.

В момент пуска асинхронных двигателей (особенно, с нагрузкой на валу) в сети 220 В требуется повышенная емкость фазосдвигающего конденсатора.

Предложенный калькулятор предназначен для вычисления емкостей двух параллельно соединенных конденсаторов — пускового Cп и рабочего Ср.

Изменением (уменьшением) общей емкости (отключением Сп по окончании разгона двигателя) осуществляется 2х-ступенчатое управление. Расчет рабочей емкости производится по формуле:

Cр=2800*I/U — если обмотки двигателя соединены “звездой”; Cр=4800*I/U — в случае соединения обмоток “треугольником”.

IPUη

Таким образом, для точности расчета потребуется ввод данных (последних двух параметров) с шильдика электродвигателя. При отсутствии такой информации, в соответствующие поля формы можно ввести средние значения.

Емкость пускового конденсатора подбирается в 2-3 раза большая, чем рабочая. В данном калькуляторе используется следующий расчет: Cп=2,5*Cр

Источник

Выбор подходящей модели

Перед тем как выбрать определенную модель светильника обращают внимание на основные параметры:

• Время работы от одного заряда при автономном режиме. Самые дорогие варианты способны питать светодиоды на протяжении 3,5 часа.
• Если нет возможность постоянно следить за уровнем заряда, выбирайте модели, функционирующие в режиме рабочего и аварийного освещения. Они постоянно подключены к сети, но во время сбоев срабатывает встроенный аккумулятор.
• Как крепить прибор: на стену, подвесить на потолок и сделать выносное табло. Это зависит от особенностей помещения.
• Степень защищенности. В офисах достаточно минимальной защиты от пыли и влаги.
• Яркость и цветопередача светового прибора. В любом месте помещения должно быть хорошо видно аварийное освещение. Для этого проводятся специальные расчеты и в согласии с полученными данными приобретается оборудование.

Предлагаем рассмотреть некоторые популярные модели светодиодных аварийных светильников.

ЕНР2-01

Конструкция сделана специально для подвешивания к потолку на тросы. Табличка маркируется либо рисунком с указанием направления движения, либо с надписями «выход», «запасной выход» и т. д. Для освещения встроена батарея на 1,5 часа автономной работы. Мощность ламп всего 2 ватта, но этого достаточно, чтобы увидеть информацию на расстоянии. Подобная конструкция имеется у прибора с маркировкой ЕНР3-02. Единственное отличающийся показатель — мощность, она составляет 3 Вт.

ЕНР5-03

Относится также к светодиодным осветительным приборам, работающим от батареи. Однако, на корпусе нет надписей или рисунков с инструкциями. Его цель заключается в том, чтобы давать достаточное количество света пока останавливается опасное производство. Корпус устройства может быть закреплен как на потолке, так и на стене. Дополнительная ручка и встроенная батарея позволяет переносить прибор.

Подбор конденсатора для трехфазного двигателя

Подбор емкости рабочего конденсатора для трехфазного двигателя осуществляется по следующей формуле: Сраб.=k*Iф / U сети .

• k — это коэффициент, значение которого зависит от схемы подключения трехфазного электродвигателя. 4800 по схеме «треугольник» и 2800 по схеме «звезда»;
• Iф — обозначает номинальный ток статора. Узнать номинальный ток статора можно на корпусе электродвигателя или посредством специальных клещей;
• U сети — сетевое напряжение 220 вольт.

Зная все вышеперечисленные параметры можно точно рассчитать емкость рабочего конденсатора в мкФ для электродвигателя. Есть и более простой способ расчёта емкости конденсаторов. Здесь действует правило: на 100 Вт мощности двигателя, берётся примерно 7 мкФ конденсаторной емкости.

Совсем по-другому обстоят дела с подбором пускового конденсатора в электродвигатель. Пусковой конденсатор работает очень непродолжительное время, всего лишь около 3 сек. в момент пуска двигателя. Основной задачей пускового конденсатора, является вывести ротор на номинальный уровень частоты вращения.

Подбирается пусковой конденсатор исходя из следующих параметров:

• Емкость пускового конденсатора должна быть в 2,5-3 раза больше, чем емкость рабочего конденсатора;
• Рабочее напряжение пускового конденсатора должно превышать сетевое, не менее чем в 1,5 раз.

Таким образом, зная все вышеперечисленные параметры, не составит особого труда подобрать рабочий и пусковой конденсатор для электродвигателя.

Для чего используются конденсаторы?

Электростанции

Почти все электронные устройства имеют блок питания, который преобразует переменный ток, присутствующий в доме, в постоянный ток. Конденсаторы играют важную роль в преобразовании переменного тока в постоянный, устраняя электрические помехи. В источниках энергии используются электролитические конденсаторы различных размеров – от нескольких миллиметров до нескольких дюймов (или сантиметров).

Звуковые покрытия

Конденсаторы имеют множество применений в аудио оборудовании. Они блокируют постоянный ток на входе вс усилитель, предотвращая внезапные звуки или шумы, которые могут повредить колонки и наушники. Данные детали, используемые в аудиофильтрах, позволяют контролировать басы.

Компьютеры

Цифровые схемы в компьютерах передают электронные импульсы на высоких скоростях. Эти потоки в сети могут создавать помехи сигналам от соседней цепи, поэтому разработчики высокотехнологичного оборудования применяют конденсаторы для минимизации помех.

Высокотехнологичный конденсатор

Электрическая емкость конденсатора

Дальнейшие опыты с распределением электричества по поверхности наэлектризованного проводника, проводимые Кулоном и другими естествоиспытателями, позволили установить, что равномерное распределение электричества имеет место только на правильной шаровой поверхности. В общем случае заряд неравномерен и зависит от формы проводника, будучи больше в местах большей кривизны. Отношение количества электричества на части поверхности проводника к величине этой поверхности назвали плотностью (толщиной) электрического слоя. Экспериментально было установлено, что электрическая плотность и электрическая сила особенно велики в местах поверхности, имеющих наибольшую кривизну, особенно на остриях.

Величину, характеризующую зависимость потенциала наэлектризованного проводника от его размеров, формы и окружающей среды, называют электроемкостью проводника и обозначают буквой С. Электроемкость проводника измеряется количеством электричества, необходимым для повышения потенциала этого проводника на единицу:

Будет интересно Как устроен однополупериодный выпрямитель и где применяется

С = q/ϕ.

За единицу электроемкости в системе СИ принимается 1 фарада (1 Ф). Фарадой называется электроемкость проводника, которому для повышения его потенциала на один вольт нужно сообщить один кулон электричества. Электроемкостью, равной 1 Ф, обладал бы шар радиусом 9·10 6 км, что в 23 раза больше расстояния от Земли до Луны. Если проводник соединить с источником электричества определенного потенциала, то проводник получит электрический заряд, зависящий от емкости проводника. Его емкость, а, следовательно, и количество электричества, которым он заряжается, увеличиваются, если приблизить к нему второй проводник, соединенный с землей.

Конструкция, состоящая из двух проводников, разделенных изолятором, с электрическим полем между ними, все силовые линии которого начинаются на одном проводнике, а заканчиваются на другом, была названа электрическим конденсатором. При этом оба проводника называются обкладками, а изолирующая прокладка – диэлектриком. Процесс накопления зарядов на обкладках конденсатора называется его зарядкой. При зарядке на обеих обкладках накапливаются равные по величине и противоположные по знаку заряды.

Поскольку электрическое поле заряженного конденсатора сосредоточено в пространстве между его обкладками, то электроемкость конденсатора не зависит от окружающих тел. Электроемкость конденсатора измеряется отношением количества электричества на одной из обкладок к разности потенциалов между обкладками:

С = q/ U.

1 Ф – электроемкость такого конденсатора, который может быть заряжен количеством электричества, равным 1 Кл, до разности потенциалов между обкладками, равной 1 В. Например, электрическая емкость плоского конденсатора в системе СИ определяется по соотношению:

С =εε 0 S/ d, где ε – диэлектрическая проницаемость материала, находящегося между обкладками конденсатора; ε 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума; S – величина площади поверхности пластины (меньшей, если они не равны); d – расстояние между пластинами.

Если обкладки заряженного конденсатора соединить проводником, то заряды будут переходить с одной обкладки на другую и нейтрализуют друг друга. Этот процесс называется разрядкой конденсатора. Каждый конденсатор рассчитан на определенное напряжение. Если напряжение между обкладками станет слишком большим, то разрядка может произойти и непосредственно через диэлектрик (без соединительного проводника), т.е. получится пробой диэлектрика.

Будет интересно Все о законе Ома: простыми словами с примерами для «чайников»

Пробитый конденсатор к дальнейшему употреблению не пригоден. Для получения электроемкости нужной величины конденсаторы соединяют в батарею. На практике встречается как параллельное, так и последовательное соединение конденсаторов.

Строение конденсатора.

Способы соединения элементов

Монтаж изделия на плату может быть вертикальным или горизонтальным. При использовании нескольких изделий они могут быть соединены между собой разными способами.

Параллельное соединение

Для его организации нужно подключить группу  деталей к электроцепи так, чтобы обкладки всех деталей были подсоединены напрямую к местам включения. Поскольку все компоненты получают заряд от одного источника тока, у них будет одинаковая разность потенциалов. Но так как заряд копится на каждом изделии отдельно, количество электричества на группе можно выразить как сумму количеств на ее деталях. Это справедливо и для емкостных данных – значение для конфигурации равно сумме значений каждой единицы. Поэтому такую группу можно считать равной одному конденсатору, емкостной параметр которого равен сумме таковых для всех частей.

Параллельное подключение

Последовательное соединение

Эта схема подразумевает соединение устройств одно за другим, когда к местам подключения к цепи подсоединены только два крайних изделия. Количество электричества для каждой детали будет одинаковым. При этом, чем менее емкое устройство, тем большее значение напряжения на нем будет наблюдаться.

Важно! Емкостной показатель такой системы будет еще меньше, чем у устройства, обладающего наименьшим его значением. Соотношение выглядит так: 1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 + … Опираясь на него, можно произвести вывод непосредственно формулы С. Для двух элементов: С = С1*С2 / С1+С2

Для двух элементов: С = С1*С2 / С1+С2.

Последовательное подключение

Смешанное соединение

Такая сложная конструкция содержит фрагменты с двумя вышеприведенными типами соединений. Чтобы подсчитать полную емкость, схему делят на простые блоки, состоящие только из деталей, соединенных каким-то одним образом. Находят эквивалентные значения для каждого блока и затем рисуют схему заново в упрощенном виде. Рассчитывают  данные для получившейся системы.

Чтобы суметь подобрать подходящий конденсаторный набор, нужно уметь узнавать емкостные данные

Важно также знать, как рассчитывается показатель для конфигурации из нескольких деталей, соединенных между собой тем или иным образом

Понятие о приборе

Говоря простым языком, конденсаторами называют радиоэлектронные приборы, которые используются для накопления электроэнергии, впоследствии передавая ее на цепь. Эти устройства достаточно часто применяют в разных электрических схемах.

Как выглядит конденсатный прибор

Приборы могут очень быстро накапливать энергию и так же стремительно ее передавать. Эти устройства функционируют циклично. Показатель накопленной энергии и циклы определяется техническими параметрами изделия, они зависят от самой модели устройства. Основные технические параметры указаны в маркировке конденсатора. Принцип действия устройства очень похож на индуктивную катушку.

Ниже можно прочесть про последовательное и параллельное соединение конденсаторов с формулами и вычислениями.

Подбор конденсатора для трехфазного двигателя

Подбор емкости рабочего конденсатора для трехфазного двигателя осуществляется по следующей формуле: Сраб.=k*Iф / U сети .

• k — это коэффициент, значение которого зависит от схемы подключения трехфазного электродвигателя. 4800 по схеме «треугольник» и 2800 по схеме «звезда»;
• Iф — обозначает номинальный ток статора. Узнать номинальный ток статора можно на корпусе электродвигателя или посредством специальных клещей;
• U сети — сетевое напряжение 220 вольт.

Зная все вышеперечисленные параметры можно точно рассчитать емкость рабочего конденсатора в мкФ для электродвигателя. Есть и более простой способ расчёта емкости конденсаторов. Здесь действует правило: на 100 Вт мощности двигателя, берётся примерно 7 мкФ конденсаторной емкости.

Совсем по-другому обстоят дела с подбором пускового конденсатора в электродвигатель. Пусковой конденсатор работает очень непродолжительное время, всего лишь около 3 сек. в момент пуска двигателя. Основной задачей пускового конденсатора, является вывести ротор на номинальный уровень частоты вращения.

Подбирается пусковой конденсатор исходя из следующих параметров:

• Емкость пускового конденсатора должна быть в 2,5-3 раза больше, чем емкость рабочего конденсатора;
• Рабочее напряжение пускового конденсатора должно превышать сетевое, не менее чем в 1,5 раз.

Таким образом, зная все вышеперечисленные параметры, не составит особого труда подобрать рабочий и пусковой конденсатор для электродвигателя.

Нет конденсатора нужного номинала: что делать

Очень часто начинающие домашние мастера, обнаружив поломку прибора, стараются самостоятельно обнаружить причину. Увидев сгоревшую деталь, они стараются найти подобную, а если это не удаётся, несут прибор в ремонт. На самом деле, не обязательно, чтобы показатели совпадали. Можно использовать конденсаторы меньшего номинала, соединив их в цепь. Главное – сделать это правильно. При этом достигается сразу 3 цели – поломка устранена, приобретён опыт, сэкономлены средства семейного бюджета.

Попробуем разобраться, какие способы соединения существуют и на какие задачи рассчитаны последовательное и параллельное соединение конденсаторов.

Часто без соединения конденсаторов в батарею не обойтись. Главное – сделать это правильно

Описание разновидностей конденсаторов и расчет удельной емкости

Схема подключения пусковых конденсаторов

Для электродвигателей с низкой частотой идеальным вариантом будет электролитический конденсатор, он обладает максимальной возможной емкостью, может достигать значения в 100000 мкФ. При этом напряжение может колебаться от стандартных 220 В до 600 В. Электродвигатели, в этом случае, могут использоваться в тандеме с фильтром источника энергии. Но при этом при подключении необходимо строго соблюдать полярность. Оксидная пленка, являющаяся очень тонкой, выступает в роли электродов. Зачастую электрики их называют оксидными.

Полярные лучше не использовать в системе подключенных к сети переменного тока, в этом случае разрушается слой диэлектрика и происходит нагрев аппарата и, как следствие, замыканию накоротко.

Неполярные являются хорошим вариантом, но их стоимость и габариты значительно выше электролитических.

Подбирая лучший вариант нужно учитывать несколько факторов. Если подключение происходит через однофазную сеть с напряжением в 220 В, то для пуска нужно использовать фазосдвигающий механизм. Притом их должно быть два, не только для самого конденсатора, но и для двигателя. Формулы, по которым вычисляется удельная емкость конденсатора, зависит от типа подключения к системе, их всего два: треугольник и звезда.

I₁ – номинальный ток фазы двигателя, А (Амперы, чаще всего указывается на упаковке двигателя);

U_сети – напряжение в сети (самые стандартные варианты 220 и 380 В). Есть и большее напряжение, но для них нужны совершенно другие типы соединения и более мощные двигатели.

где Сп – Пусковая емкость, Ср – рабочая емкость, Со – отключаемая емкость.

Чтоб не напрягаться с расчетами умные люди вывели средние, оптимальные значения, зная оптимальную мощность электродвигателей, которая обозначается – М. Важным правилом является то, что пусковая емкость должна быть больше рабочей.

При мощности От 0,4 до 0,8 кВт: рабочая емкость – 40 мкФ, пусковая мощность – 80 мкФ, От 0,8 до 1,1 кВт: 80 мкФ и 160, мкФ, соответственно. От 1,1 до 1,5 кВт: Ср – 100 мкФ, Сп – 200 мкФ. От 1,5- 2,2 кВт: Ср – 150 мкФ, Сп 250 мкФ; При 2,2 кВт рабочая мощность должна быть не меньше 230 мкФ, а пусковая – 300 мкФ.

При подключении двигателя, рассчитанного на работу при 380 В, в сеть переменного тока с напряжением 220 В, происходит потеря половины номинальной мощности, хотя это никак не влияет, но скорость вращения ротора. При расчете мощности это является важным фактором, уменьшить эти потери можно при схеме подключения «треугольник», КПД двигателя в этом случае будет равно 70%.

Полярные конденсаторы лучше не использовать в системе подключенных к сети переменного тока, в этом случае разрушается слой диэлектрика и происходит нагрев аппарата и, как следствие, замыканию накоротко

Основные формулы ёмкости

Базовый расчёт конденсатора предполагает выявление зависимости емкости и заряда, удерживаемого на элементе, а также напряжением на пластинах.

C=QVC=QV

C – емкость, или объём в Фарадах Q – заряд, удерживаемый на пластинах в кулонах V – разность потенциалов между пластинами в вольтах

Это уравнение используется для расчета работы, необходимой для зарядки конденсатора и энергии, хранящейся в нем.

Формула энергии

W=∫Q0V dQW=∫0QV dQ

W=∫Q0qC dQW=∫0QqC dQ

W=12CV2

Важно! Необходимо знать, какое влияние конденсатор будет оказывать на любую цепь, в которой он работает. Он не только предотвращает прохождение постоянной составляющей тока сигнала, но и оказывает влияние на любой переменный сигнал

Реактивное сопротивление

В цепи постоянного тока помимо батареи может присутствовать резистор, который оказывает сопротивление току в цепи. То же справедливо и для схемы переменного тока с элементом, накапливающим заряд. Конденсатор с небольшой площадью пластины позволяет хранить только небольшое количество заряда, и это будет препятствовать протеканию тока. Конденсатор имеет определенное реактивное сопротивление, и оно зависит от его величины, а также от частоты срабатывания. Чем выше частота, тем меньше реактивное сопротивление.

Вам это будет интересно Особенности индуктивного сопротивления

Фактическое реактивное сопротивление можно вычислить по формуле:

Xc = 1 / (2 pi f C)

где

Xc – ёмкостное реактивное сопротивление в Омах. f – частота в Герцах. C – ёмкость в Фарадах.

Текущий расчет

Реактивное сопротивление конденсатора, рассчитанное по приведенной выше формуле, измеряется в Омах. Затем ток, протекающий в цепи, может быть рассчитан обычным способом с использованием закона Ома:

V = I Xc

Главный показатель конденсатора

Обслуживание и контроль работоспособности

Отличительная черта – наличие аккумулятора.

При вводе в эксплуатацию, батарею надо зарядить в течение 24 часов. В дальнейшем, даже если не возникло потребности во включении, требуется проработка в аварийном режиме, пока батарея полностью не сядет. Время до полной разрядки фиксируется и если оно отличается от показателей, указанных в паспорте более, чем на 30 процентов, то аккумулятор требует замены. Если все в порядке, то батарея снова заряжается.

Есть модели, на которых предусмотрено тестирование в режиме без отключения основного питания. Так намного легче проводить профилактику оборудования.

Смешанное, параллельное и последовательное соединение конденсаторов: на что обратить внимание при его выполнении

Соединяя конденсаторы, в особенности электролитические, обратите внимание на строгое соблюдение полярности. Параллельное присоединение подразумевает подключение «минус/минус», а последовательное – «плюс/минус»

Все элементы должны быть однотипны –плёночные, керамические, слюдяные либо металлобумажные.

А вот что умеют делать всем известные китайские «изобретатели» – такой конденсатор явно долго не протянет
Полезно знать! Выход из строя конденсаторов часто происходит по вине производителя, экономящего на деталях (чаще это приборы китайского производства). Поэтому правильно рассчитанные и собранные в схему элементы будут работать намного дольше. Конечно, при условии отсутствия замыкания в цепи, при котором работа конденсаторов невозможна в принципе.

Маркировка SMD компонентов

SMD компоненты для поверхностного монтажа имеют очень малые размеры, поэтому для них разработана сокращенная буквенно-цифровая кодировка. Буква означает значение емкости в пикофарадах, цифра – множитель в виде степени десяти, например G4 – 1.8*105 пикофарад (180 nF). Если спереди две буквы, то первая означает производителя компонента или рабочее напряжение.

Маркировка SMD

Электролитические конденсаторы SMD могут иметь на корпусе значение основного параметра в виде десятичной дроби, где вместо точки может быть вставлен символ μ (напряжение обозначается буквой V (5V5 – 5.5 вольт) или могут иметь кодированное значение, зависящее от производителя. Положительный вывод обозначается полосой на корпусе.

Маркировка конденсаторов имеет большое число вариантов. Особенно этим отличаются импортные конденсаторы. Часто можно встретить малогабаритные элементы, которые вовсе не имеют каких-либо обозначений. Определить параметры можно только непосредственным измерением или, глядя на обозначение конденсаторов на электрической схеме. Произведенные разными фирмами радиоэлементы могут иметь схожие обозначения, но различные параметры. Здесь расшифровка обозначений должна базироваться на том, какой производитель выпускает преимущественное количество подобных элементов в конкретном устройстве.

Схема и принцип её работы

Схема питания светодиода от батарейки на 1,5В представлена на рисунке.

Схема питания светодиода от одной батарейки работает по принципу блокинг-генератора. Формирование импульсов осуществляется за счет отпирания транзистора и перехода его в режим насыщения при помощи положительной обратной связи. Выход из насыщения происходит за счет уменьшения тока базы. Транзистор закрывается, и энергия трансформатора сбрасывается в нагрузку. В результате светодиод вспыхивает на короткий промежуток времени.

Теперь более детально рассмотрим работу схемы, представленной на рисунке. Известно, что ток в катушке индуктивности не может измениться мгновенно. Сначала, в момент подачи напряжения от батарейки транзистор находится в закрытом состоянии. Постепенное нарастание тока в коллекторной, а затем и в базовой обмотке, приводит к плавному отпиранию транзистора. Это приводит к росту тока коллектора, который протекает и через коллекторную обмотку. Данное увеличение тока трансформируется в базовую обмотку и ещё больше увеличивает ток базы.

В результате такого лавинообразного процесса в транзистор входит насыщение. В режиме насыщения коллекторный ток перестаёт нарастать, а значит, напряжение на базовой обмотке станет равным нулю. Это приведёт к снижению тока базы и выходу транзистора из насыщения. Напряжение на базовой обмотке меняет полярность, что способствует практически мгновенному запиранию транзистора. В результате вся накопленная энергия устремляется в нагрузку. Светодиод вспыхивает и пропускает через себя ток, который уменьшается от значения тока коллектора до нуля. На этом временном интервале в трансформаторе происходит обратный блокинг-процесс, который приводит к очередному отпиранию транзистора. Далее цикл повторяется.

Схема работает на частоте в несколько десятков килогерц. Поэтому тысячи вспышек в секунду воспринимаются человеческим глазом как постоянное свечение. Но схему можно немного доработать, исключив провалы тока через светодиод до нуля, и добавив в неё сглаживающий конденсатор и диод. Конденсатор С1 соединяют параллельно светодиоду, соблюдая полярность, а диод VD1 – последовательно, в цепь протекания тока нагрузки. VD1 предотвращает разряд конденсатора на открытый транзистор.

Подключение светодиода к батарейке, согласно данной схеме, требует соблюдения одного правила: нельзя включать собранное устройство без нагрузки (может сгореть транзистор).

Подводя итог

Порой без соединения конденсаторов не обойтись, ведь не всегда можно подобрать подходящие по номиналам. Поэтому знание того как это сделать может выручить при поломке бытовой техники или электроники, что позволит значительно сэкономить на оплате труда специалиста по ремонту. Как наверняка уже понял Уважаемый читатель, сделать это несложно и под силу даже начинающим домашним мастерам. А значит стоит потратить немного своего драгоценного времени и разобраться в алгоритме действий и правилах их выполнения.

Правильность соединения конденсаторов гарантирует их долгую бесперебойную работу

Надеемся, что информация, изложенная в сегодняшней статье, была полезна нашим читателям. Возможно, у Вас остались какие-либо вопросы? В этом случае их можно изложить в обсуждении ниже. Редакция Seti.guru с удовольствием на них ответит в максимально короткие сроки

Если же Вы имеете опыт самостоятельного соединения конденсаторов (неважно, положительный он или отрицательный), убедительная просьба поделиться им с другими читателями. Это поможет начинающим мастерам более полно понять алгоритм действий и избежать ошибок

Пишите, делитесь, спрашивайте. А напоследок мы предлагаем посмотреть короткий, но довольно информативный видеоролик по сегодняшней теме.