Расчёт ёмкости конденсатора для однофазного электродвигателя

Содержание

• 1 Что такое однофазный асинхронный электродвигатель?
  • 1.1 Понятие асинхронного двигателя
  • 1.2 Как устроен однофазный электродвигатель
  • 1.3 Вспомогательная или пусковая обмотка в однофазном моторе
  • 1.4 По какому принципу работает двигатель
  • 1.5 Процесс пуска электропривода
  • 1.6 Типы подключений машины
• 2 Рассчитываем емкость конденсатора
  • 2.1 Выбор конденсатора для однофазного двигателя
  • 2.2 Подбираем конденсатор для однофазного электромотора
• 3 Проверяем работоспособность машины
• 4 Где применяют однофазные электродвигатели переменного тока на 220В
• 5 Преимущества и недостатки однофазных двигателей

Конденсатор – это прибор, созданный для накопления, хранения и передачи некоторой энергии. Без него двигатель либо не будет работать, либо и вовсе сгорит. А его емкость позволяет определить время его работы.

Рабочие конденсаторы

Чтобы говорить о расчете емкости конденсатора для однофазного двигателя, нужно понимать, о какой машине идет речь. Поэтому, в первом раздел поговорим об устройстве и принципе работы упомянутого агрегата.

Понятие асинхронного двигателя

Для асинхронного двигателя, рассчитанного на 220 В требуется питание от переменного электротока. Подключать такой двигатель нужно к однофазной сети. Однофазный асинхронный двигатель на 220 В будет исправно работать, если напряжение в сети составляет также 220 В, а частота 50 Гц.

Такие значения можно встретить в любых бытовых условиях по всей территории бывшего Советского Союза. А вот в Соединенных штатах, например, величина напряжения бытовой сети – 110 В.

Что касается производств, в странах, ранее входивших в состав СССР, можно встретить и однофазное и трехфазное и еще несколько видов электросетей.

Как устроен однофазный электродвигатель

Устройство однофазного двигателя

На самом деле, несмотря на название, в однофазных двигателях на 220 В присутствует две фазы. Однако, из-за того, что непосредственно работает только одна фаза, их прозвали однофазными. Строение привода, в целом, не сильно отличается от любых других двигателей. Состав его таков:

1. Статичный элемента под названием статор.
2. Вращающийся элемент, под названием ротор.

Описать однофазный электродвигатель можно следующим образом: это асинхронный электрический привод, на статическом элементе которого расположена рабочая (основная) обмотка. Ее и подключают к однофазной сети с переменным электрическим током.

Вспомогательная или пусковая обмотка в однофазном моторе

Для самостоятельного запуска и начала вращения на однофазном электродвигателе специально установлена еще одна катушка. Только благодаря ей ротор и вал приходят в движение и начинают вращаться.

Такую катушку (пусковую) устанавливают на статоре, но смещают относительно рабочей на 90 градусов. То есть вспомогательная и основная обмотки перпендикулярны друг другу. А чтобы были сдвинуты не только катушки, но и токи, к цепи подключают элемент, который называют фазосдвигающим. 

Сдвигать фазы можно с помощью следующих устройств:

• активного резистора;
• конденсатора;
• индуктивной катушки.

Нужно отметить, что двигатель с конденсатором, подключенным в качестве фазосдвигающего элемента, будет выдавать лучшие показатели при работе и запуске. 

Основные детали двигателя – статор и ротор, сделаны из металла. Для их производства доходит лишь определенный вид металла. Это электротехническая сталь марки 2212.

По какому принципу работает двигатель

С помощью влияния переменного электрического тока в статоре возникает магнитное поле. Его можно рассматривать как два отдельных поля, амплитуда и частота которых одинакова, а вот направления разные.

Два магнитных поля, которые возникли в статоре двигателя, воздействует на ротор так, что тот начинает вращаться и приводит двигатель в работу. Вращение начинается благодаря тому, что поля статора имеют разные направления. Если пусковой механизм отсутствует, то есть нет вспомогательной обмотки, ротор никогда не начнет движение.

Если ротор начал работу, вращаясь в одну из сторон, направление он может поменять только в случае вмешательства извне.

Процесс пуска электропривода

Магнитное поле способствует пуску электродвигателя. Оно буквально заставляет ротор начать вращение.

Само магнитное поле возникает благодаря работе главной и дополнительной обмотки. Дополнительная, в свою очередь, меньше, что видно даже невооруженным глазом. Она подключена к рабочей с помощью конденсатора, катушки индуктивности или активного резистора. 

В случае, когда двигатель маломощный, пусковая фаза является замкнутой. Для пуска такого электромотора подключение электричества к пусковой обмотке допустимо только на некоторое время. Максимум – три секунды. За это отвечает специальная кнопка, расположенная на корпусе агрегата. Она называется пусковой и вставлена в устройство пуска.

Тепловое реле защиты двигателя

При нажатии на кнопку запуска электричество начинает подаваться на обе катушки в одно и то же время. Электродвигатель при этом запускается в роли двухфазной машины. Но уже через 2-3 секунды мотор полностью набирает свою нормальную скорость. Кнопку теперь нужно отпустить. Электроэнергия больше не подается на вспомогательную обмотку, соответственно, она перестает работать. А вот рабочая продолжает питаться. Агрегат переходит в режим однофазной работы. Это – основной принцип работы всех однофазных электромашин.

ВАЖНО! Если передержать кнопку запуска однофазного электродвигателя, обмотка перегреется и мотор потеряет работоспособность. Пуская катушка рассчитана лишь на работу в течение трех секунд.

Для избежания перегрева и опасных аварийных ситуаций, которые могут за ним последовать, в корпус однофазной машины обязательно устанавливают тепловое реле и центробежный выключатель. Последний работает полностью автоматизировано: когда нужная скорость вращения набрана, устройство само отключает подачу тока на пусковую обмотку.

Центробежный выключатель

Отметим также тот факт, что во тока пуска однофазной машины выше, чем рабочий. Когда стадия запуска завершается, снижается и величина тока (становится рабочей).

Типы подключений машины

Однофазную асинхронную машину можно подключить к сети двумя способами:

• с помощью пусковой обмотки;
• с помощью рабочего конденсатора.

В цепях маломощных однофазных приводов на 220 В, которые включаются с помощью дополнительной обмотки, есть конденсаторы, которые включаются при запуске мотора. Когда разгон ротора завершен, Пусковая катушка, как описано в предыдущем разделе, отключается. 

В том случае, когда к двигателю подключен рабочий конденсатор, вспомогательная катушка продолжает работу на протяжении всего времени работы привода. Ее происходит благодаря работе такой катушки через конденсатор.

Один и тот же электропривод можно использовать в разных устройствах. Можно снять двигатель с одного прибора и поставить в другой. Подключить его можно с помощью трех разным схем:

1. Временная подача электроэнергии на вспомогательную катушку через конденсатор.
2. Временная подача электроэнергии на вспомогательную катушку через резистор (конденсатор отсутствует).
3. Постоянная подача электричества на вспомогательную и основную катушки одновременно. Подача происходит через конденсатор. 

Если использовать в пусковой цепи резистор, величина активного сопротивления обмотки будет больше. Сдвиг фаз произойдет и его вполне хватит для того, чтобы заставить ротор вращаться. 

Возможно также использование вспомогательной обмотки с более высоким сопротивлением и меньшей индуктивностью. Для полного соответствия обмотка должна обладать меньшим количеством витков и более тонким проводом. 

Понятие конденсаторного пуска подразумевает, что конденсатор подключен к вспомогательной катушке, а подача электричества временная.

Чтобы значение пускового момента было максимальным, круговое магнитное поле статора начать вращение. Это требует перпендикулярного (относительно друг друга) положения обмоток. Резистор не даст такого сдвига.

В этой ситуации поможет конденсатор с правильно подобранной емкостью. Если все подходит, то катушки будут сдвинуты на угол в 90 градусов относительно друг друга.

Основная задача стабилизатора заключается в выполнении роли емкостного наполнителя энергии, нужной выпрямителям фильтров этого стабилизатора. С их помощью также происходит передача сигнала между усилителями. Чтобы запустить асинхронную однофазную машину переменного тока и обеспечить ее продолжительную работу тоже используют конденсаторы. Определив емкость определенного конденсатора можно предсказать, какое время будет продолжаться работа двигателя. 

Основной и главный параметр такого устройства – его емкость. Между этим параметром и площадью активного подключения, изолированного диэлектриком, существует некая зависимость. Диэлектрик почти невозможно увидеть невооруженным глазом, так как слой подобной изоляции состоит их из небольшого количества атомов, которые формируют пленку.  

По сути, главное назначение конденсатора – накопление, хранение и передача определенного количество энергии. А зачем так заморачиваться, спросите вы? Можно ведь просто подключить однофазную машину к источнику питания. Не тут то было. Подключая электропривод в сеть без посредника в виде конденсатора, вы рискуете работоспособностью агрегата. Он может просто сгореть.

Да и чтобы успешно включить трехфазную машину в однофазную не обойтись без устройства, которое поможет смещению фазы на 90 градусов на третьем выводе. 

Помимо всего вышесказанного, конденсатор может выполнять функцию индуктивной катушки. Скачки переменного тока, протекающего через него, успешно нивелируются благодаря тому, что перед началом работы, на пластинах конденсатора равномерно копятся заряды и только потом передаются устройству, которое является принимающим. 

Конденсатор может быть одним из трех видов:

• электролитическим;
• неполярным;
• полярным.

Выбор конденсатора для однофазного двигателя

Расчет емкости конденсатора для трехфазного асинхронного двигателя выполняется с использованием величины номинального тока (I), который, как правило, указан на шильдике электродвигателя, фазного напряжения (U), а также коэффициента (k). Он будет равен значению 4800 для обмоток подключенных по схеме звезды, и 2800 для обмоток, подключенных по схеме треугольника. Расчёт ёмкости происходит по следующей формуле:

 С = k*I / U

Хотя, если нужно рассчитать ёмкость конденсатора быстрее, можно использовать онлайн калькулятор. Полученную величину емкости в дальнейшем и используют для подбора конденсатора к трехфазному двигателю. А что же с ёмкостью конденсатора для однофазного мотора?

Мы все знаем, что двигатели, которые предназначены для работы в однофазной сети, как правило, подключают на 220 В. Только вот, если включение трехфазного мотора задается расположением катушек и смещением фаз сети, то однофазный требует создания вращательного момента, чтобы заставить ротор прийти в движение. Для этого и нужна дополнительная пусковая обмотка. А фазы тока смещаются благодаря конденсатору. 

Подбираем конденсатор для однофазного электромотора

Пусковой конденсатор

Зачастую общая емкость, заметьте, не отдельного устройства, С рабочего + С пускового равна одному мкФ на каждые 100 Вт. Чаще всего значение общей емкости Сраб+Спуск (не отдельного конденсатора) таково: 1 мкФ на каждые 100 ватт.

Приводы подобного вида могут работать в нескольких режимах, перечисленных ниже:

1. Пусковой конденсатор и пусковая катушка (отключается после набора нормальной скорости вращения). Емкость такого конденсатора подбирают из расчета 70 мкФ на 1 кВт мощности привода.
2. Рабочий конденсатор и пусковая катушка, которая работает на протяжении всего времени работы двигателя. Емкость такого устройства должна быть в диапазоне от 23 мкФ до 35 мкФ.
3. Рабочий и пусковой конденсаторы вместе. Их емкость, как сказано выше, подпирают из расчета 1 мкФ на 100 Вт.

Подбирая конденсатор для однофазного асинхронного двигателя, всегда придерживайтесь указанных выше пропорций. Но и не забывайте следить за состоянием привода во время его запуска и работы. Если вы заметили, что двигатель значительно перегрелся, емкость конденсатора лучше уменьшить. Общая рекомендация для подбора фазосдвигающего устройства: его рабочее напряжение должно быть не ниже 450 В.

Подбор подходящего конденсатора для электропривода – кропотливый процесс. Для обеспечения максимально эффективных результатов работы мотора подходить к расчету параметра емкости нужно очень аккуратно и внимательно. Всегда исходите, в первую очередь, их условий конкретного двигателя.

Очень важно провести тщательный осмотр двигателя на предмет повреждений:

1. В случае, если у мотора сломалась опора, он может начать работать неудовлетворительно
2. Проверьте, нет ли в корпусе посторонних предметов. Этот фактор тоже может быть причиной плохой работы и перегрева.
3. Если вы видите признаки потемнения примерно в середине корпуса, значит двигатель однозначно перегревается.
4. Грязные или изношенные подшипники также способствую замедлению работы и перегреву.
5. Если к вспомогательной катушке подключили конденсатор, емкость которого слишком высока для данного двигателя, это тоже будет причиной перегрева. Если вы подозреваете в причине плохой работоспособности привода именно его, отключите устройство от обмотки пуска, подключите привод к сети, покрутите вал руками. Он запустится и ротор начнет свое вращение. Позвольте электродвигателю поработать 10-15 минут. После этого проверьте его на предмет перегрева. Если все в порядке и мотор не нагрелся, то причина всех бед – конденсатор. Если нагрелся, ищите другую поломку.

Существует бесчисленное количество моделей однофазных электродвигателей. Перед его покупкой вы должны четко понимать, для чего он вам нужен и какие характеристики должен выдавать.

Конденсаторные двигатели сегодня, в основном, выпускаю на основе двухфазных (с рабочей и пусковой обмотками). Хотя трехфазные тоже достаточно просто модифицировать для включения в однофазную сеть. Производят и трехфазные двигатели, которые изначально оптимизированы под для однофазной сети.

Однофазные и трехфазные двигатели, модифицированные под однофазную сеть установлены в большинстве приборов, которые мы используем каждый день. В их число входят посудомоечные машины, холодильники, пылесосы и вентиляторы.

Подобные моторы нашли и применение и в промышленности: они установлены во всех циркулярных насосах, воздуходувках и дымососах.

Приводы такого типа выпускаются с разными значениями мощности и количества оборотов. Тем не менее однофазные двигатели применяют там, где требуется применение маломощных агрегатов. С этим связаны основные преимущества трехфазных моторов перед однофазными:

1. Большее значение коэффициента полезного действия.
2. Большее значение пускового момента.
3. Относительно большая мощность.
4. Устойчивость к большим нагрузкам.

Основные плюсы применения электромоторов заключаются в следующих его характеристиках:

• несложное строение;
• дешевизна;
• долгий срок службы;
• затраты на амортизацию и ремонт практически отсутствуют;
• мотор может работать от бытовой сети без использования преобразователей.

Минусы использования машин такого типа следующие:

• нет пускового или начального момента;
• низкая мощность;
• слишком большая величина пускового тока;
• управление вызывает затруднения;
• скорость работы привода ограничивает частота сети, от которой он запитан.

Электромоторы, о которых шла речь в статье, получили широчайшее распространение и применение в каждом аспекте нашей жизни, так как их преимущества намного весомее всех минусов. Благодаря им человечество добилось и продолжает добиваться удобств и комфорта все больше.

Подбор конденсаторов НСК

Конденсаторы воздушного охлаждения BC

• ПРОВЕРКА
• ПОДБОР

Производительность, кВт
Уровень звукового давления, дБ(А)	20…60
2BCHBCMBCLBCR150163250263363463ABCDY
Введите наименование:
Расстояние от источника шума, м
Тип вентиляторов
Хладагент		R507AR404AR407CR134AR22
Температура воздуха,°С	15. ..50
Температура конденсации,°С	23…80
Температурный напор (ΔТ), К	8…20
Высота над уровнем моря, м	0…3000	0600800100012001400160018002000
Перегрев (ΔТh), К	25…55
Опоры для гор. установки		НетДа
Переохлаждение, K

Производительность, кВт
Уровень звукового давления, дБ(А)
Площадь поверхности, м2
Внутренний объем, л
Тип вентиляторов
Расход воздуха, м3/ч
Количество вентиляторов
Частота вращения вентиляторов, об. /мин.
Электропитание
Подключение (D, Y)
Энергопотребление, кВт
Стоимость с НДС, евро

Как правильно выбрать конденсаторы

Конденсатор есть везде. В источниках питания, светодиодном освещении, в коммерческой электронике, в обработке сигналов и т. д. вам нужен конденсатор. Какова его конкретная роль в принципе? Конденсатор выполняет несколько функций. Это устранит проблемы с шумом в цепи, работая как фильтр. Это основная часть низкочастотных, высокочастотных, полосовых, полосовых заградительных фильтров и так далее. Также очень важно при выпрямлении получить прямолинейное напряжение постоянного тока. В источниках питания конденсатор действует как устройство накопления энергии. Много приложений для этой простой электронной части. Я больше не буду обсуждать здесь, из чего состоят конденсаторы, а просто сосредоточусь на том, как выбирать конденсаторы.

Как выбрать конденсаторы – важные факторы

Существуют важные параметры, которые необходимо учитывать при выборе конденсатора для вашей схемы. Либо хочешь на чип, либо на сквозной. Либо пленочный, либо электролитический и так далее. Давайте обсудим все соображения здесь.

1. Как выбрать конденсатор

Емкость

Емкость – это электрическое свойство конденсатора. Таким образом, это соображение номер один при выборе конденсатора. Какая емкость вам нужна? Ну, это зависит от вашего приложения. Если вы собираетесь фильтровать на выходе выпрямленное напряжение, то вам наверняка понадобится большая емкость. Однако, если конденсатор предназначен только для фильтрации шума сигнала в слабой сигнальной цепи, то подойдет небольшая емкость от пико до нанофарад. Итак, знайте свое приложение.

Предположим, приложение действительно предназначено для фильтрации выпрямленного напряжения, тогда вам нужна большая емкость в сотни микрофарад. Вы можете делать пробы и ошибки, пока напряжение пульсаций не будет соответствовать требованиям. Или вы можете сделать расчеты для начала.

Для мостового и двухполупериодного выпрямителя требуемая емкость может быть рассчитана, как показано ниже.

Cmin = ток нагрузки / (напряжение пульсаций x частота)

Где;

Cmin – минимальная необходимая емкость

Ток нагрузки — это просто нагрузка выпрямителя

Напряжение пульсаций — это размах колебаний напряжения при измерении на выходе выпрямителя

Частота — для мостового и двухполупериодного выпрямителя это удвоенная частота сети.

Пример:

Схема ниже представляет собой мостовой выпрямитель с входным напряжением 120 В (среднеквадратичное значение) при частоте 60 Гц, током нагрузки 2 А и требуемым напряжением пульсаций 43 В от пика до пика. Мы оценим, какой должна быть минимальная емкость, необходимая для C1.

Цепь мостового выпрямителя

Cmin = Ток нагрузки / (Напряжение пульсаций X Частота)

Cmin = 2A / (43 В X 2 X 60 Гц) = 387 мкФ

На основе приведенного ниже моделирования размах напряжения пульсаций при использовании 387 мкФ равен 35,5 В. Оно близко к 43В. Поскольку результатом расчета является минимальная емкость, при выборе емкости с более высоким значением напряжение пульсаций еще больше уменьшится.

2.

Допуск – также фактор при выборе конденсатора

Помимо емкости, при выборе конденсатора следует учитывать допуск. Если ваше приложение очень критично, рассмотрите очень маленький допуск. Конденсаторы поставляются с несколькими вариантами допуска, такими как 5%, 10% и 20%. Это ваш звонок, что есть что. Более высокий допуск в большинстве случаев дешевле, чем деталь с более низким допуском. Вы всегда можете использовать часть с допуском 20% и просто добавить больше запаса в свой дизайн.

3. Как выбрать конденсаторы

Номинальное напряжение

Конденсатор может быть поврежден при перенапряжении. Таким образом, при выборе конденсатора необходимо учитывать напряжение. Вам нужно знать уровень напряжения, где конденсатор должен быть установлен. Конденсатор в большинстве случаев устанавливается параллельно цепи, устройству или подсхеме. Хотя случаев последовательной установки конденсатора немного. В своих конструкциях я не допускаю перенапряжения более 75% . Это означает, что если фактическое напряжение цепи составляет 10 В, минимальное напряжение конденсатора, которое я выберу, равно 13,33 В (10 В/0,75). Однако такого напряжения нет. Итак, я перейду на следующий более высокий уровень, который составляет 16 В. Можно ли использовать 20В, 25В или даже выше? Ответ положительный. Это зависит от вашего бюджета, потому что чем выше напряжение, тем дороже конденсатор. Это также будет зависеть от требований к физическому размеру. Физический размер конденсатора в большинстве случаев прямо пропорционален номинальному напряжению.

Например, в приведенном выше образце схемы максимальный уровень напряжения на конденсаторе соответствует пиковому уровню 120 В (среднеквадратичное значение), которое составляет около 170 В (1,41 X 120 В). Итак, номинальное напряжение конденсатора должно быть 226,67 В (170/0,75). И я выберу стандартное значение, близкое к этому.

4. Выбор конденсатора

Номинальный ток – Знайте пульсирующий ток

Если вы не увлекаетесь электроникой или какое-то время не работаете в полевых условиях, вы можете не знать термин пульсирующий ток. Это термин, обозначающий ток, который будет проходить через конденсатор. В идеальном случае на конденсатор не будет протекать ток, когда он установлен на линии постоянного напряжения. Однако, если фактическое напряжение на конденсаторе не является чистым постоянным током, например, есть небольшие колебания напряжения, это приведет к пульсациям тока. Для схемы малой мощности и изменения напряжения очень незначительны, вам не следует беспокоиться об этом номинальном токе пульсаций.

Однако для конденсаторов, установленных для фильтрации пульсирующего постоянного тока от выпрямителя, пульсирующий ток имеет решающее значение. Чем выше нагрузка, тем выше ток пульсаций. Итак, как выбрать конденсаторы для этого приложения? Для выпрямления в большинстве случаев требуется большая емкость, чтобы получить напряжение, близкое к прямолинейному. Таким образом, первым вариантом является рассмотрение электролитического конденсатора. В некоторых приложениях, где ток пульсаций очень высок, электролитический конденсатор больше не будет работать, так как его ток пульсаций меньше. В этом случае выбираются пленочные конденсаторы, так как они имеют очень высокий номинальный пульсирующий ток. Недостатком, однако, является то, что емкость ограничена несколькими микрофарадами, поэтому нужно больше их параллельно. Учитывая приведенную ниже схему выпрямителя, конденсатор фильтра 330 мкФ и нагрузку 2 А от источника переменного тока 120 В (среднеквадратичное значение) при частоте 60 Гц. Это то же самое, что и приведенная выше схема, но перерисованная и смоделированная в LTspice. LTspice — это бесплатный инструмент моделирования цепей от Linear Technology. Если вы хотите узнать, как выполнять моделирование в LTspice, прочитайте статью Учебники по моделированию цепей LTSpice для начинающих.

Смоделированный пульсирующий ток равен 3,4592A .

Двухполупериодный выпрямитель

Если вы не знакомы с моделированием, вы можете оценить фактические пульсации тока, используя приведенное ниже уравнение.

Пульсация = C X dV X Частота

Где;

Iripple – это фактический пульсирующий ток, протекающий через конденсатор

C – емкость в цепи

dV – это изменение входного напряжения от нуля до максимума

Frequency – это частота переменного напряжения (не частота выпрямленного сигнала)

Выполним расчет приведенных выше данных:

Пульсация = C X dV X Частота

Пульсация = 330 мкФ X (170В-0В) X 60Гц = 3.366A

900 02 Расчетное значение очень близко к симуляции результат. Тогда я рассмотрю здесь максимальное текущее напряжение 75%. Итак, выбранный конденсатор должен иметь номинал пульсаций тока не менее 4,5А (3,366А/0,75).

5.

Учитывайте рабочую температуру при выборе конденсаторов

Факторы окружающей среды также необходимо учитывать при выборе конденсаторов. Если ваш продукт будет подвергаться воздействию температуры окружающей среды 100°C, не используйте конденсатор, рассчитанный только на 85°C. Аналогичным образом, если минимальная температура окружающей среды составляет -30°C, не используйте конденсатор, который может выдерживать температуру только -20°C.

Эта спецификация кажется очень простой. Однако, если конденсатор подвергается воздействию очень высокого пульсирующего тока, произойдет внутренний нагрев, что приведет к повышению температуры выше температуры окружающей среды. Значит, нужен больший запас по рабочей температуре. Например, максимальная температура окружающей среды, в которой будет устанавливаться изделие, составляет 60°C. Не просто выберите конденсатор, который может выдержать 60’C. Выберите, возможно, температурный рейтинг 105’C. Это даст достаточный запас за счет внутреннего нагрева.

6.

Как выбрать конденсаторы Материал диэлектрика

В чип-резисторах вы столкнетесь с этой опцией при просмотре онлайн-распространителей, таких как Mouser и Digikey. Что означает этот параметр? Это диэлектрический материал, используемый при изготовлении конденсатора. Я не могу подробно останавливаться на физике конструкции конденсатора, но в своих проектах я всегда рассматриваю диэлектрик X7R, NP0 или C0G. Обычно они имеют более высокий температурный диапазон. Ниже приведены несколько образцов X7R, NP0 или C0G в сравнении только с X5R.

X7R, NP0/C0G Диэлектрический материал X5R Диэлектрический материал

7. Как выбрать конденсаторы

с учетом срока службы Ожидаемый срок службы

Срок службы конденсатора или ожидаемый срок службы — это период времени, в течение которого конденсатор будет оставаться работоспособным в соответствии с проектом. Это критично для электролитических конденсаторов. Для керамических конденсаторов это не проблема, и, вероятно, не стоит обращать на это внимание при выборе конденсаторов для небольших сигнальных цепей. Для него все еще существует предел жизни, но его более чем достаточно, чтобы выдержать весь жизненный цикл продукта. В отличие от электролитических конденсаторов, если они не будут должным образом оценены, они выйдут из строя до окончания жизненного цикла продукта, а этого не должно происходить. Пульсации тока сокращают срок службы конденсатора. Так что лучше управляй. В таблицах данных или от поставщиков есть справочные расчеты срока службы конденсатора. Это простые уравнения, которые вы можете использовать при выборе конденсатора в отношении ожидаемого срока службы. Некоторые также дают график для облегчения понимания. Ниже образец расчета и графика взяты из таблицы данных KEMET. KEMET является одним из ведущих производителей конденсаторов.

Расчет ожидаемого срока службы конденсатора

8.

Физические размеры и способ монтажа — факторы, влияющие на выбор конденсатора

Последнее, но не менее важное, о чем следует подумать, — это физические размеры, а также способ монтажа. Иногда выбор конденсатора диктуется доступным пространством. Чип-конденсаторы имеют небольшие размеры, но с ограниченным значением емкости. С другой стороны, электролитические конденсаторы имеют большую емкость, но они громоздки. Собираетесь ли вы использовать поверхностный монтаж или деталь со сквозным отверстием? Ну, это зависит от вас. Оцените свои требования к пространству, прежде чем заходить далеко в других параметрах.

Пример технических характеристик конденсатора

Ниже приведены номинальные характеристики конденсатора, которые я взял со страницы электроники Mouser. Он имеет емкость, напряжение, допуск, пульсирующий ток, рабочую температуру, физические размеры, ориентацию монтажа и срок службы. Но обратите внимание, указанный срок службы — это только базовый срок службы или срок службы под нагрузкой при максимально допустимой рабочей температуре.

Номинальные характеристики конденсатора

Пожалуйста, не забудьте нажать на кнопки «Мне нравится» и «Поделиться». Если у вас есть какие-либо комментарии, вопросы или предложения по улучшению этой статьи, не стесняйтесь оставлять свои комментарии. Давайте обсудим!

Базовая электроника — выбор конденсатора, номиналы конденсаторов

В предыдущей статье мы рассмотрели различные типы конденсаторов. Теперь давайте обсудим выбор конденсатора для данного приложения. Как правило, выбор конденсатора не является сложной задачей, если только у вас нет конкретных требований к схеме. Инженеры часто имеют номинальную емкость, рассчитанную для схемы, или должны использовать емкость с ИС или активным компонентом. Большинство ИС (например, 555, ИС микроконтроллеров и т. д.) имеют рекомендуемые значения емкости, указанные в их спецификациях для различных приложений.

Если нет особых требований к схеме, и если требуемая емкость указана в пикофарадах, можно использовать керамический конденсатор. Если требуемая емкость указана в нанофарадах, можно слепо доверять конденсаторам MLC (Multilayer Ceramic). Если необходимая емкость измеряется в микрофарадах, обычно выбирают конденсаторы с алюминиевым электролитом. Для более широкого диапазона температур и надежности можно использовать стеклянные и слюдяные конденсаторы.

Помимо номинальной емкости, вторым наиболее важным параметром, который необходимо обязательно учитывать, является номинальное напряжение. Номинальное напряжение конденсатора всегда должно как минимум в 1,5 или 2 раза превышать максимальное напряжение, которое может возникнуть в цепи. Конденсаторы не так надежны, как резисторы. Они легко повреждаются, когда приложенное напряжение приближается к максимальному значению.

Если цепь имеет особые требования, необходимо учитывать множество других факторов. Различные типы конденсаторов предпочтительны для конкретных цепей и приложений. Предпочтительные области применения различных типов конденсаторов приведены в следующей таблице:

Помимо пригодности различных конденсаторов для конкретных применений, другие важные факторы, которые, возможно, необходимо учитывать, включают следующее:

• проверить, зависит ли работа схемы от прецизионной емкости. Конденсатор с наименьшим допуском следует использовать, если требуется узкая емкость. Емкость конденсатора никогда не выйдет за пределы его номинального допуска, если только он не будет поврежден из-за чрезмерного напряжения или условий окружающей среды.
• Диапазон рабочих температур и температурный коэффициент — Если цепь чувствительна к температуре или емкость не должна изменяться сверх определенного предела в диапазоне температур, необходимо учитывать диапазон рабочих температур и температурный коэффициент. Степень изменения емкости следует рассчитывать на основе температурного коэффициента и температурной кривой. С температурной чувствительностью схемы также можно справиться, используя вместе конденсаторы с положительным и отрицательным температурными коэффициентами. В этом случае необходимо рассчитать максимальное изменение емкости в диапазоне температур.
• Зависимость от частоты — Емкость многих конденсаторов зависит от частоты и может не подходить для определенного диапазона частот. В зависимости от схемы следует учитывать зависимость емкости от частоты.
• Эксплуатационные потери – Эксплуатационные потери могут быть важным фактором, когда в цепях требуется энергоэффективность (например, в цепях с батарейным питанием). Для таких цепей следует тщательно выбирать конденсаторы с учетом их коэффициента рассеяния (типичная потеря энергии в процентах), диэлектрической абсорбции, тока утечки или сопротивления изоляции, а также собственной индуктивности. Все эти потери должны быть сведены к минимуму, чтобы повысить эффективность и срок службы батареи схемы.
• Пульсирующий ток и Импульсное напряжение — это очень важные проверки. Цепь должна быть рассчитана на пульсирующие напряжения и максимальный пульсирующий ток. Следует выбрать конденсатор с соответствующим током пульсаций и номинальным рабочим напряжением.
• Полярность и обратное напряжение – Если в цепи используется электролитический конденсатор, его необходимо подключать в правильном направлении. Его номинальное обратное напряжение должно быть как минимум в два раза больше возможного обратного напряжения в этой ветви цепи.

Стандартные номиналы конденсаторов
Конденсаторы также доступны со стандартными номиналами в соответствии с серией E, как и резисторы. Чтобы узнать больше о стандартных значениях резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и стабилитронов, ознакомьтесь со следующей статьей «Основы электроники 08 — показания, допуски и номинальная мощность резисторов».

Стандартных значений для конденсаторов меньше, чем для резисторов. Как правило, конденсаторы доступны только в серии E-6 со стандартными номиналами (10, 15, 22, 33, 47 и 68), за которыми следует определенное количество нулей.

Последовательная и параллельная комбинация конденсаторов
В стандартной серии E может быть невозможно получить точное значение требуемой емкости. В таких случаях можно использовать последовательную или параллельную комбинацию конденсаторов, чтобы получить желаемую емкость в цепи. При последовательном соединении конденсаторов эквивалентная емкость определяется следующим уравнением:

1/C _серии = 1/C ₁ + 1/C ₂ + 1/C ₃ + . . . .

При параллельном соединении конденсаторов эквивалентная емкость определяется как

C _{Параллельное} = C ₁ + C ₂ + C ₃ + . . . .

Уравнение для последовательного соединения емкостей получено из того факта, что сумма падений напряжения на всех последовательно соединенных емкостях будет равна приложенному напряжению, а ток через них останется одним и тем же. Уравнение для последовательной комбинации емкостей получается следующим образом:

В _Итого = В _С1 + В _С2 + В _С3 + . . . .
1/C _Серия * ∫i.dt = 1/C ₁ * ∫i.dt + 1/C ₂ * ∫i.dt + 1/C ₃ * ∫i.dt + . . .
1/C _серия = 1/C ₁ + 1/C ₂ + 1/C ₃ + . . . .

Уравнение для параллельной комбинации емкостей выводится из того факта, что сумма токов через все параллельно соединенные емкости будет равна общему току, а напряжение на них останется одним и тем же. Уравнение для параллельной комбинации емкостей получается следующим образом:

Я = i1 + i2 + i3 + . . . .
C _{Параллельный} * dV/dt = C ₁ * dV/dt + C ₂ * dV/dt + C ₃ * dV/dt + . . . . .
С _{Параллельный} = С ₁ + С ₂ + С ₃ + . . . .

Считывание пакетов резисторов
В прошлом для обозначения значения, допуска и рабочего напряжения конденсаторов использовались цветовые коды и различные типы числовых кодов. Сегодня емкость, допуск и рабочее напряжение напечатаны на корпусе конденсаторов или указаны стандартными кодами BS1852 или BS EN 60062. В этих системах кодирования значение, допуск и рабочее напряжение конденсатора обозначаются двух- или трехзначными цифровыми кодами, за которыми следует буква. Значение емкости всегда указывается в пикофарадах. Если это двузначный код, то это прямое значение емкости в пикофарадах, а если трехзначный код, то первые две цифры обозначают число (серия Е-6), а третья цифра обозначает множитель.