Конденсатор
Конденсатор является электрическим/электронным устройством, которое может накапливать энергию в электрическом поле между парой проводников (называемых "пластинами"). Процесс накопления энергии в конденсаторе известен как "заряд", и состоит из электрических зарядов равной величины, но противоположных по знаку, и расположенных на каждой пластине.
Конденсаторы часто используются в электрических и электронных цепях как для различия между высокочастотными и низкочастотными сигналами. Это свойство делает их полезным в электронных фильтрах.
Конденсатор состоит из двух проводящих электродов, или пластин, разделенных изоляцией.
Емкость
Ёмкость конденсатора (C) является мерой заряда(Q), накопленного на каждой пластине для данной разности потенциалов или напряжения (V), которые появляются между пластинами:
С = Q / V
В системе единиц СИ, конденсатор имеет емкость в 1 Фарад, когда при напряжении 1 Вольт на пластинах накапливается заряд равный 1 Кулону. Так как фарад очень большая единица, величины конденсаторов обычно выражают в микрофарадах ( мФ), нанофарадах (нФ), или пикофарадах (пФ).
Указанные задачи должны решаться как на стадии проектирования и реконструкции СЭС, так и на этапе эксплуатации.
При наличии разности потенциалов между пластинами электрическое поле, созданное между пластинами, пропорционально сумме зарядов, которые перемещаются с одной пластины на другую. Это электрическое поле создает разность потенциалов V = E*d между пластинами этого простого параллельно-листового конденсатора.
Емкость пропорциональна площади поверхности проводящих пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Она также пропорциональна пропускной способности материала (то есть, изоляции), которая разделяет пластины.
Емкость параллельно-листового конденсатора:
где E – пропускная способность материала,
А - площадь поверхности пластины,
А - площадь поверхности пластины
Полное сопротивление конденсатора
Отношение фазного напряжения через элемент цепи к фазному току через этот элемент называется полным сопротивлением Z. Для конденсаторов, полное сопротивление определяется следующим образом:
где  - емкостное реактивное сопротивление,
 - угловая частота,
f - частота,
C - емкость, Ф
j - мнимая величина.
Следовательно, емкостное сопротивление является отрицательной мнимой величиной полного сопротивления. Отрицательный знак указывает на то, что ток опережает напряжение на 90 град. при синусоидальном сигнале, в отличие от индуктивного, где ток отстает от напряжения на 90 град.
Сопротивление называется реактивным, поскольку конденсатор не распространяет мощность, а просто накапливает энергию. В электрических цепях, как и в механике, есть два типа нагрузки, активная и реактивная. Активная накапливает и распространяет энергию, представляющую собой тепло, тогда как реактивная нагрузка накапливает эту энергию, в конечном итоге отдаёт её в сеть.
Также важно, что полное сопротивление емкости обратно пропорционально емкости, в отличие от резисторов и индуктивностей, для которых полное сопротивление прямо пропорционально активному и индуктивному сопротивлениям соответственно. Вот почему существуют формулы для последовательного и параллельного соединения емкостного сопротивления. При последовательном - полные емкостные сопротивления суммируются. При параллельном, суммируются электропроводности .
Каждый конденсатор в параллельной конфигурации имеет свою разность потенциалов (напряжение). Их общая емкость (Ceq) определяется следующим образом:
Причина установки параллельных конденсаторов - увеличение объема накопленных зарядов. Другими словами, повышение емкости увеличивает количество энергии, которая может быть накоплена.
Ток, протекающий через последовательные конденсаторы, остается постоянным, но напряжение на каждом конденсаторе может быт разным. Общая емкость определяется по формуле: 
Типы конденсаторов
В зависимости от материала диэлектрика
Вакуум : Два электрода, обычно из меди, разделены вакуумом. Изоляционный материал - обычно стекло или керамика. Как правило, маленькой емкости- 10 - 1000 пФ и высокого напряжения, до десятков кВ, чаще всего используются в радиопередатчиках и других силовых устройствах высокого напряжения. Существуют как постоянные, так и переменные типы. Вакуум является наилучшим диэлектриком с нулевыми потерями. Это позволяет передавать очень большую мощность без значительных потерь и последующего нагрева.
Воздух: Воздушные конденсаторы состоят из металлических пластин, разделенных воздушным зазором. Пластины могут быть из различного материала, чаще всего из алюминия или покрытыми серебром и латунью. Почти все воздушные конденсаторы являются переменными и использованы в радиоцепях.
Пластик: Изготовлены из высококачественного полимера (обычно это поликарбонат, полистирол, полипропилен, полиэстр и для высококачественных конденсаторов - полисульфон), и фольги или слоя металла. Они имеют хорошее качество и устойчивость, и пригодны в часовых механизмах. Их индуктивность ограничивает использование на высоких частотах.
Слюда: Подобна стеклу. Часто высокого напряжения. Пригодны для высоких частот. Дорогие. Отличная надежность и устойчивость.
Бумага: Используются для сравнительно высокого напряжения. Характеризуются длительным сроком службы.
Стекло: Используются при высоком напряжении. Дорогоие. Стабильный температурный коэффициент при большом диапазоне температур.
Керамика: Смесь слоев металла и керамики, или керамические диски с металлом на обеих сторонах диска. Диэлектрики классифицируются на два класса: Класс 1 и Класс 2. Керамические конденсаторы Класса 2 имеют большой диапазон изменения емкости, высокий показатель рассеяния, высокий частотный коэффициент рассеяния, их емкость зависит от приложенного напряжения и изменяется в результате износа. Тем не менее они находят огромное применение в общих низкоточных средствах связи и фильтрации. Пригодны для высоких частот.
Алюминий электролит: Поляризованные. Один электрод изготавливается из алюминиевой фольги, а второй является жидким электролитом. Плохие частотные характеристики делают их непригодными для использования на высоких частотах.
Танталум электролит: Подобны алюминиевым электролитическим конденсаторам, но с лучшей частотными и температурными характеристиками. Хотя у них много недостатков, но, в отличие от алюминиевых электролитов, выполнены лучше в большинстве случаев, например, у них есть значительно больший эффект при низких температурах.
Конденсаторы переменного тока являются конденсаторами, специально разработанными для работы на линиях с переменном нагрузкой в сети. Обычно используются электрические двигатели.
|