Cтраница 1
Бумажные конденсаторы имеют в качестве диэлектрика специальную конденсаторную бумагу, а их обкладки выполнены из тонкой алюминиевой фольги. Наиболее широко распространены бумажные конденсаторы: КБГ-И и К. БГ-МП - конденсаторы с бумажным диэлектриком герметические (различаются оформлением); БГМ - конденсатор бумажный герметизированный малогабаритный; БМ - конденсатор бумажный малогабаритный.
Бумажные конденсаторы с бумагой, пропитанной трансформаторным маслом или соволом, являются основным типом так называемых силовых конденсаторов, применяемых в электроэнергетических установках. Очень большой емкостью обладают электролитические конденсаторы, в которых диэлектриком является тончайшая оксидная пленка (слой окиси) алюминия.
Бумажный конденсатор состоит из двух длинных лент алюминиевой или оловянной фольги, разделенных между собой тонким слоем специальной конденсаторной бумаги, пропитанной парафином. Ленты вместе с бумагой свернуты в рулон и заключены в картонную трубку или металлическую коробочку либо запрессованы в пластмассу. Открытые концы трубки или металлической коробочки залиты слоем влагонепроницаемой мастики. Ленты имеют наружные металлические выводы, которые проходят через мастичный слой. Выводы служат для включения конденсатора в электрическую цепь.
Бумажные конденсаторы предназначены для работы в низкочастотных цепях, так как. В цепях токов высокой частоты они используются только в случаях, когда нужно создать короткое замыкание для этих токов. Диэлектриком в бумажных конденсаторах служат полосы бумаги, пропитанной маслом или воскообразными изолирующими веществами, а обкладками - полосы металлической фольги. Иногда слой металла наносят прямо на бумагу. Конструктивно бумажные конденсаторы оформляются различно: в цилиндрических картонных, керамических и металлических корпусах, а также в металлических прямоугольных корпусах. Они изготовляются на емкость от 470 пф до 30 мкф, причем в некоторых случаях в одном корпусе находятся два или три конденсатора.
| Конструкции конденсаторов типа КБГ. а - КБГ-И. б - КБГ-М. в - КБГ-МП. г - КБГ-МН. |
Бумажные конденсаторы применяют в цепях постоянного тока или в цепях переменного тока сравнительно низкой частоты (до 0 5 Мгц); это связано со значительными потерями в используемом для них диэлектрике на высоких частотах.
Бумажные конденсаторы по качеству значительно хуже слюдяных. В высокочастотных контурах их применять не следует, так как потери в бумаге велики. Эти конденсаторы применимы лишь в цепях низкой частоты, а также в качестве короткоэамыкающих для токов высокой частоты.
— это электрический (электронный) компонент, построенный из двух проводников (обкладок), разделенные между собой слоем диэлектрика. Различают много видов конденсаторов и в основном они делятся по материалу самих обкладок и по виду используемого диэлектрика между ними.
Виды конденсаторов
Бумажные и металлобумажные конденсаторы
У бумажного конденсатора диэлектриком, разделяющим фольгированные обкладки, является специальная конденсаторная бумага. В электронике бумажные конденсаторы могут применяться как в цепях низкой частоты, так и в высокочастотных цепях.
Хорошим качеством электрической изоляции и повышенной удельной емкостью обладают герметичные металлобумажные конденсаторы, у которых вместо фольги (как в бумажных конденсаторах) используется вакуумное напыление металла на бумажный диэлектрик.
Бумажный конденсатор не имеет большую механическую прочность, поэтому его начинку помещают в металлический корпус, служащий механической основой его конструкции.
Электролитические конденсаторы
В электролитических конденсаторах, в отличии от бумажных, диэлектриком является тонкий слой оксида металла, образованный электрохимическим способом на положительной обложке из того же металла.
Вторую обложку представляет собой жидкий или сухой электролит. Материалом, создающим металлический электрод в электролитическом конденсаторе, может быть, в частности, алюминий и тантал. Традиционно, на техническом жаргоне «электролитом» называют алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом.
Но, на самом деле, к электролитическим так же относятся и танталовые конденсаторы с твердым электролитом (реже встречаются с жидким электролитом). Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, и поэтому они могут работать только в цепях с постоянным напряжением с соблюдением полярности.
В случае инверсии полярности, может произойти необратимая химическая реакция внутри конденсатора, ведущая к разрушению конденсатора, вплоть до его взрыва по причине выделяемого внутри него газа.
К электролитическим конденсаторам так же относится, так называемые, суперконденсаторы (ионисторы) обладающие электроемкостью, доходящей порой до нескольких тысяч Фарад.
Алюминиевые электролитические конденсаторы
В качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al 2 O 3),
Свойства:
- они работают корректно только на малых частотах
- имеют большую емкость
Характеризуются высоким соотношением емкости к размеру: электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру.
Характеризуются высокими токами утечки,
имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.
Танталовые электролитические конденсаторы
Это вид электролитического конденсатора, в которых металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta 2 O 5).
Свойства:
- высокая устойчивость к внешнему воздействию,
- компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя,
- меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.
Полимерные конденсаторы
В отличие от обычных электролитических конденсаторов, современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечки заряда.
Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах.
Полимерные конденсаторы могут заменять электролитические или танталовые конденсаторы во многих схемах, например, в фильтрах для импульсных блоков питания, или в преобразователях DC-DC.
Пленочные конденсаторы
В данном виде конденсатора диэлектриком является пленка из пластика, например, полиэстер (KT, MKT, MFT), полипропилен (KP, MKP, MFP) или поликарбонат (KC, MKC).
Электроды могут быть напыленными на эту пленку (MKT, MKP, MKC) или изготовлены в виде отдельной металлической фольги, сматывающейся в рулон или спрессованной вместе с пленкой диэлектрика (KT, KP, KC). Современным материалом для пленки конденсаторов является полифениленсульфид (PPS).
Общие свойства пленочных конденсаторов (для всех видов диэлектриков):
- работают исправно при большом токе
- имеют высокую прочность на растяжение
- имеют относительно небольшую емкость
- минимальный ток утечки
- используется в резонансных цепях и в RC-снабберах
Отдельные виды пленки отличаются:
- температурными свойствами (в том числе со знаком температурного коэффициента емкости, который является отрицательным для полипропилена и полистирола, и положительным для полиэстера и поликарбоната)
- максимальной рабочей температурой (от 125 °C, для полиэстера и поликарбоната, до 100 °C для полипропилена и 70 °С для полистирола)
- устойчивостью к электрическому пробою, и следовательно максимальным напряжением, которое можно приложить к определенной толщине пленки без пробоя.
Конденсаторы керамические
Этот вид конденсаторов изготавливают в виде одной пластины или пачки пластин из специального керамического материала. Металлические электроды напыляют на пластины и соединяют с выводами конденсатора. Используемые керамические материалы могут иметь очень разные свойства.
Разнообразие включает в себя, прежде всего, широкий диапазон значений относительной электрической проницаемости (до десятков тысяч, и такая величина имеется только у керамических материалов)
Столь высокое значение проницаемости позволяет производить керамические конденсаторы (многослойные) небольших размеров, емкость которых может конкурировать с емкостью электролитических конденсаторов, и при этом работающих с любой поляризацией и характеризующихся меньшими утечками.
Керамические материалы характеризуются сложной и нелинейной зависимостью параметров от температуры, частоты, напряжения. В виду малого размера корпуса — данный вид конденсаторов имеет особую .
Конденсаторы с воздушным диэлектриком
Здесь диэлектриком является воздух. Такие конденсаторы отлично работают на высоких частотах, и часто выполняются как конденсаторы переменной емкости (для настройки).
Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока (рис. 181, а).
При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. е. прохождение по ней тока i3 прекращается. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.
При отключении от источника (рис. 181,б) конденсатор способен длительное время сохранять накопленные электрические заряды. Заряженный конденсатор является источником электрической энергии, имеющим некоторую э. д. с. ес. Если соединить электроды заряженного конденсатора каким-либо проводником (рис. 181, в), то конденсатор начнет разряжаться. При этом по цепи пойдет ток iр разряда конденсатора. Начнет уменьшаться и разность потенциалов между электродами, т. е. конденсатор будет отдавать накопленную электрическую энергию во внешнюю цепь. В тот момент, когда количество свободных электронов на каждом электроде конденсатора станет одинаковым, электрическое поле между электродами исчезнет и ток станет равным нулю. Это означает, что произошел полный разряд конденсатора, т. е. он отдал накопленную им электрическую энергию.
Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше накопленный им заряд, так же как с увеличением вместимости сосуда или газового баллона увеличивается объем жидкости или газа в нем.
Емкость С конденсатора определяется как отношение заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его электродами (приложенному напряжению)U:
C = q / U (69)
Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Емкостью в 1 Ф обладает конденсатор, у которого при сообщении заряда
в 1 Кл разность потенциалов возрастает на 1 В. В практике преимущественно пользуются более мелкими единицами: микрофарадой (1 мкФ=10 -6 Ф), пикофарадой (1 пФ = 10 -12 мкФ).
Емкость конденсатора зависит от формы и размеров его электродов, их взаимного расположения и свойств диэлектрика, разделяющего электроды. Различают плоские конденсаторы, электродами которых служат плоские параллельные пластины (рис. 182, а), и цилиндрические (рис. 182,б).
Свойствами конденсатора обладают не только специально изготовленные на заводе устройства, но и любые два проводника, разделенные диэлектриком. Емкость их оказывает существенное влияние на работу электротехнических установок при переменном токе. Например, конденсаторами с определенной емкостью являются два электрических провода, провод и земля (рис. 183, а), жилы электрического кабеля, жилы и металлическая оболочка кабеля (рис. 183,6).
Устройство конденсаторов и их применение в технике. В зависимости от применяемого диэлектрика конденсаторы бывают бумажными, слюдяными, воздушными (рис. 184). Используя в качестве диэлектрика вместо воздуха слюду, бумагу, керамику и другие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, удается при тех же размерах конденсатора увеличить в несколько раз его емкость. Для того чтобы увеличить площади электродов конденсатора, его делают обычно многослойным.
В электротехнических установках переменного тока обычно применяют силовые конденсаторы. В них электродами служат длинные полосы из алюминиевой, свинцовой или медной фольги, разделенные несколькими слоями специальной (конденсаторной) бумаги, пропитанной нефтяными маслами или синтетическими пропитывающими жидкостями. Ленты фольги 2 и бумаги 1 сматывают в рулоны (рис. 185), сушат, пропитывают парафином и помещают в виде одной или нескольких секций в металлический или картонный корпус. Необходимое рабочее напряжение конденсатора обеспечивается последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединениями отдельных секций.
Всякий конденсатор характеризуется не только значением емкости, но и значением напряжения, которое выдерживает его диэлектрик. При слишком больших напряжениях электроны диэлектрика отрываются от атомов, диэлектрик начинает проводить ток и металлические электроды конденсатора замыкаются накоротко (конденсатор пробивается). Напряжение, при котором это происходит, называют пробивным. Напряжение, при котором конденсатор может надежно работать неограниченно долгое время, называют рабочим. Оно в несколько раз меньше пробивного.
Конденсаторы широко применяют в системах энергоснабжения промышленных предприятий и электрифицированных железных дорог для улучшения использования электрической энергии при переменном токе. На э. п. с. и тепловозах конденсаторы используют для сглаживания пульсирующего тока, получаемого от выпрямителей и импульсных прерывателей, борьбы с искрением контактов электрических аппаратов и с радиопомехами, в системах управления полупроводниковыми преобразователями, а также для созда-
ния симметричного трехфазного напряжения, требуемого для питания электродвигателей вспомогательных машин. В радиотехнике конденсаторы служат для создания высокочастотных электромагнитных колебаний, разделения электрических цепей постоянного и переменного тока и др.
В цепях постоянного тока часто устанавливают электролитические конденсаторы. Их изготовляют из двух скатанных в рулон тонких алюминиевых лент 3 и 5 (рис. 185,б), между которыми проложена бумага 4, пропитанная специальным электролитом (раствор борной кислоты с аммиаком в глицерине). Алюминиевую ленту 3 покрывают тонкой пленкой окиси алюминия; эта пленка образует диэлектрик, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью. Электродами конденсатора служат лента 3, покрытая окисной пленкой, и электролит; вторая лента 5 предназначена лишь для создания электрического контакта с электролитом. Конденсатор помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.
При включении электролитического конденсатора в цепь постоянного тока необходимо строго соблюдать полярность его полюсов; электрод, покрытый окисной пленкой, должен быть соединен с положительным полюсом источника тока. При неправильном включении диэлектрик пробивается. По этой причине электролитические конденсаторы нельзя включать в цепи переменного тока. Их нельзя также использовать в устройствах, работающих при высоких напряжениях, так как окисная пленка имеет сравнительно небольшую электрическую прочность.
В радиотехнических устройствах применяют также конденсаторы переменной емкости (рис. 186). Такой конденсатор состоит из двух групп пластин: неподвижных 2 и подвижных 3, разделенных воздушными промежутками. Подвижные пластины могут перемещаться относительно неподвижных; при повороте оси 1 конденсатора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин, а следовательно, и емкость конденсатора.
Способы соединения конденсаторов . Конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном
соединении нескольких (например, трех), конденсаторов (рис. 187, а) эквивалентная емкость
1 /C эк = 1 /C 1 + 1 /C 2 + 1 /C 3
эквивалентное емкостное сопротивление
X C эк = X C 1 + X C 2 + X C 3
результирующее емкостное сопротивление
C эк = C 1 + C 2 + C 3
При параллельном соединении конденсаторов (рис. 187,б) их результирующая емкость
1 /X C эк = 1 /X C 1 + 1 /X C 2 + 1 /X C 3
Включение и отключение цепей постоянного тока с конденсатором. При подключении цепи R-C к источнику постоянного тока и при разряде конденсатора на резистор также возникает переходный процесс с апериодическим изменением тока i и напряжения u c При подключении к источнику постоянного тока цепи R-C выключателем В1 (рис. 188,а) происходит заряд конденсатора. В начальный момент зарядный ток I нач =U /R. Но по мере накопления зарядов на электродах конденсатора напряжение его и с будет возрастать, а ток уменьшаться (рис. 188,б). Если сопротивление R мало, то в начальный момент подключения конденсатора возникает большой екачок тока, значительно превышающий номинальный ток данной цепи. При разряде конденсатора на резистор R (размыкается выключатель В1 на рис. 189, а) напряжение на конденсаторе u с и ток i постепенно уменьшаются до нуля (рис. 189,б).
Скорость изменения тока i и напряжения ис при переходном процессе отделяется постоянной времени
Чем больше R и С, тем медленнее происходит заряд конденсатора.
Процессы заряда и разряда конденсатора широко используют в электронике и автоматике. С помощью их получают периодаческие несинусоидальные колебания, называемые релаксационными , и, в частности, пилообразное напряжение, необходимое для работы систем управления тиристорами, осциллографов и других устройств. Для получения пилообразного напряжения (рис. 190) периодически подключают конденсатор к источнику питания, а затем к разрядному резистору. Периоды Т 1 и T 2 , соответствующие заряду и разряду конденсатора, определяются постоянными времени цепей заряда Т 3 и разряда Т р, т. е. сопротивлениями резисторов, включенных в эти цепи.
Конденсаторы неполярные
Слюдяные
Знаменитые слюдяные конденсаторы КСО, присутствовали практически в любой радиоаппаратуре - радиоприёмниках и радиолах, телевизорах.
нажми для увеличения
Более старые КСО имеют обозначение ёмкости - mmF или в виде цветовой маркировки.
Высоковольтные конденсаторы КСО .
Конденсатор К31-11-3, также слюдяной. Конденсаторы этого типа можно применять в хай-энд конструкциях для шунтирования электролитических конденсаторов. Хотя, имеются и противники таких решений.
А вот и СГМ-3 - слюда + серебро, мечта аудиофила.
Бумажные
Не менее знаменитые металло-бумажные конденсаторы МБМ, встречались также практически везде.
ОСБМ22 - особо стабильные БМ-2 (бумажные малогабартиные). Конденсаторная бумага в парафине + фольга.
Бумажные конденсаторы БМТ-2 внешне похожи на МБМ. Частенько теряли ёмкость или начинали иметь значительную утечку.
Конденсатор КБГ-И. Бумажный диэлектрик, пропитанный церезином (подобие парафина), обкладки - алюминиевое напыление. Конденсаторы этого типа часто применяют в ламповых усилителях .
Тип КБ, очень старые конденсаторы с бумажным диэлектриком. Представленные на фото конденсаторы датированы 1949 годом.
Бумажные конденсаторы К40П-3, бумажные. Похожи на представленные выше КБ, но не имеют битумной заливки с торцов.
Конденсаторы К40П-1, бумажные, опрессованные в пластмассовый корпус, 1963 год.
Конденсатор К42У-2, выглядит более современно, а всё же металлобумажный...
Конденсаторы бумажные герметичные, для сравнения могут быть опробованы в качестве разделительных в усилителе. МБГП-1, ОМБГ-2:
МБГО-2, металлизированные бумажные герметизированные однослойные, то же, что ОМБГ-2.
МБГП-2, 1963 год:
ОМБГ-1, металлобумажный, высоковольтный: 1,6кВ, 10мкФ. Для цепей постоянного, переменного и пульсирующего токов. Возможно, пригоден в фильтре выпрямителя высокого анодного напряжения.
Вид на конденсатор сбоку:
Довольно старый тип конденсаторов - К40-11, применялся совместно с электродвигаетелями ЭПУ проигрывателей.
Конденсаторы бумажные герметизированные КБГ-МН, 1962 года
Конденсатор ЛСЕ1-400, фольговый, применялся в светильниках с лампами дневного света. Содержит вещество совтол, считающееся очень ядовитым: это смесь совола (полихлор-дифенила) с трихлорбензолом.
Довольно старые бумажные конденсаторы КЗ. Упоминание о них удалось найти в книге 1969 года "Электрические конденсаторы" Ренне (с.414-415), 1975 год. Судя по информации из книги, это - специальный тип бумажных конденсаторов: защитные. Используются для подавления радиопомех, работают как на постоянке, так и на переменке 50Гц. Внутри конденсатора установлен предохранитель на случай пробоя. Также упоминается, что по конструкции о характеристикам КЗ близок к КБГ.
Полиэтилентерефталатные
Конденсатор К73-15А, полиэтилентерефталатный, фольговый. Встречались на платах телевизоров.
А К73-15 без индекса "А" - уже в металлическом корпусе.
К73-11: полиэтилентерефталатные (металлизированные полиэстеровые). Для постоянного, переменного и пульсирующего токов, а также для работы в импульсных режимах.
Болгарские МПТ-96, металлизированные, диэлектрик тот же.
К73П-3. Выглядят так, потому что плата , на которой они были установлены, была покрыта лаком. Пришлось отрывать.
Конденсаторы К77-1, плёночные, поликарбонатные. Хороший конденсатор для hi-end конструкций.
Полистирольные
Конденсаторы ПСО - пленочные стирофлексные (полистирольные) открытые, часто применялись в радиоприёмниках и радиолах, 1963 год.
И ещё полистирольные... Слева - наши, тип - ПО, справа - "ихние". Пожалуй, незаменимы при сборке измерителей индуктивности и ёмкости . Особенность применения данного диэлектрика - высокая точность и стабильность параметров.
Плёночные конденсаторы ПМ-2, внешне похожи на МБМ. Материал диэлектрика, как ни странно, - также полистирол.
Прецизионные конденсаторы К71-7. Конденсаторы металлизированные и также полистирольные. Представляют интерес в качестве разделительных в усилителе.
А этот конденсатор К70-7 - и вовсе в стальном корпусе. Обрати внимание на точность, отклонение составляет всего половину процента:
Тонкоплёночные конденсаторы К26-1
Комбинированные
Большой и тяжёлый конденсатор К75-15, высоковольтный: 16кВ, 0,25мкФ. Это конденсатор с комбинированным диэлектриком, обкладки выполнены из фольги. Применяется в цепях постоянного и пульсирующего токов.
К75-10: комбинированный диэлектрик, металлизированные обкладки. Маркировка слезла, но номинал верхних известен: 0,1мкФ 500В. Нижний: 0,1мкФ 250В.
К75-37, конденсатор помехоподавляющего сетевого фильтра. В одном герметичном корпусе размещено несколько конденсаторов.
Польский Unitra Telpod MPHP-2 на 2мкФ 160В, 1975 год. Параметры - на высоте: ёмкость не потерялась, ESR - мизер.
Чехословацкие конденсаторы TESLA WK 710 52 MP. 3 штуки по 1uF 160V и один - на 0,5uF. У самого крупного, который на 4uF, оторван вывод, его можно разобрать и посмотреть, что внутри, благо корпус паяный. Кто "за" - смотрим . Предыдущий там тоже имеется.
Страшненькие двойные конденсаторы ISKRA 2X2,5nF 250V 50Hz, с тремя выводами. Предположительно - Словения.
IPEE 0,47 10% 100_
Найти о нём что-либо не удалось.
К42-19 новосибирского завода конденсаторов, судя по даташитам - пусковой или фазосдвигающий конденсатор для электродвигателей переменного тока с частотой 50Гц. Также указано, что в верхней части конденсатора имеется некий "зиг", который совместно с неким прерывателем служит для отключения конденсатора при превышении внутреннего давления газов при пробоях. Пропитан, как написано, неким "конденсаторным маслом". Данный экземпляр сделан в 1993 году и имеет номинал 10мкФ 250В. Напряжение указывается по переменке.
Ещё два внушительных красавца вдвое большей ёмкости - по 20мкФ 250В. Сделаны в 1993 году на том же заводе, что интересно, отклонение ±10% напечатано с торца. По замерам параметры - в норме.
И ещё один неполярный, вероятно, пусковой или фазосдвигающий "бочёночек", по которому пока не удалось найти информации. На дне стакана написано МК 4uF ±10% 380V~ БДС8351-82.
К75-49, бывает всего одного номинала - 47мкФ 4кВ. Судя по даташиту, комбинированный диэлектрик с металлизированными обкладками. Ток разряда - 80 ампер. Вес конденсатора составляет 1,5кг. Гириконд, 1985 год.
02 августа 2017
Бумажные фольговые конденсаторы К41-1А в металлическом герметичном корпусе с выводами в фарфоровых высоковольтных изоляторах. Казалось бы, годный вариант для искровой Теслы, но нет: на переменке они не работают. Так что годятся, разве что, в фильтры высоковольтного питания чего-либо.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Кафедра физической электроники
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Материалы электронной техники»
Бумажный конденсатор
Студент группы 311
Пилипец И.В.
Руководитель Битнер Л.Р.
Доцент кафедры ФЭ
Введение
1. Обзор конструкций конденсаторов и выбор направления проектирования
Выбор материалов для бумажного конденсатора
2.1 Основные диэлектрические материалы
2 Конструкции для защиты конденсатора
2.3 Материалы обкладок
3. Расчет конденсатора
3.1 Основные принципы расчета
3.2 Расчет бумажного конденсатора
Заключение
Список литературы
Введение
В современной технике конденсаторы находят себе исключительно широкое и разностороннее применение, например, в радиотехнической и телевизионной аппаратуре, в радиолокационной технике, в электроизмерительной технике и т.д., поэтому конденсаторы являются важной частью радиоэлектронной и бытовой аппаратуры. По этой причине неразрывно связаны: качество РЭА и конденсаторов. Основным этапом, на котором задаются параметры конденсаторов, является этап проектирования. В ходе проектирования учитывается конструктивные и технологические факторы. Нужно выбрать правильный вариант конструкции, согласовав минимальные габаритные размеры и требуемые технические характеристики.
Целью данной курсовой работы является разработка бумажного конденсатора с заданными параметрами, а также приобретение личного опыта разработки радиоэлементов.
1.
Обзор конструкций конденсаторов и выбор направления проектирования
Конденсатор - это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделённых диэлектриком и предназначенный для использования его емкости. Емкость конденсатора - есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору.
Конденсаторы, применяемые в РЭА, можно разделить на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости и подстроечные конденсаторы. В данной работе рассмотрим конденсаторы постоянной емкости. Конденсаторы постоянной емкости, так же как и резисторы, являются особенно широко применяемыми элементами схемы, к которым предъявляются чрезвычайно разнообразные требования.
Основные параметры конденсаторов: номинальная емкость, допускаемые отклонения фактической емкости от номинальной, номинальное напряжение, сопротивление изоляции, тангенс угла потерь, температурный коэффициент емкости.
Конденсаторы постоянной емкости в зависимости от применяемого диэлектрика могут быть разделены на конденсаторы с воздушным и твердым диэлектриком. Конденсаторы с твердым диэлектриком могут быть разделены на конденсаторы с неорганическим диэлектриком - из слюды, керамики, стекла, стеклокерамики, стеклоэмали и т.п. и на конденсаторы с органическим диэлектриком - из бумаги и пленок из полистирола, фторопласта и т.п.
Конденсаторы имеют различные конструкции, например пакетная конструкция (рис. 1.1) применяется в слюдяных, стеклоэмалевых, стеклокерамических и некоторых типах керамических конденсаторов и представляет собой пакет диэлектрических пластин (1) толщиной около 0,04 мм, на которые напылены металлизированные обкладки (2), соединяемые в общий контакт полосками фольги (3). Собранный пакет спрессовывается обжимами (4), к которым присоединяются гибкие выводы (5), и покрывается влагозащитной эмалью. Количество пластин в пакете достигает 100.4
Рисунок 1.1 Пакетная конструкция конденсатора
Трубчатая конструкция (рис. 1.2) характерна для высокочастотных трубчатых конденсаторов и представляет собой керамическую трубку (1) с толщиной стенок около 0,25 мм, на внутреннюю и внешнюю поверхность которой методом вжигания нанесены серебряные обкладки (2) и (3). Для присоединения гибких проволочных выводов (4) внутреннюю обкладку выводят на внешнюю поверхность трубки и создают между ней и внешней обкладкой изолирующий поясок (5), снаружи на трубку наносится защитная пленка из изоляционного вещества.
Рисунок 1.2 Трубчатая конструкция конденсатора
Дисковая конструкция (рис. 1.3) характерна для высокочастотных керамических конденсаторов: на керамический диск (1) с двух сторон вжигаются серебряные обкладки (2) и (3), к которым присоединяются гибкие выводы (4).
Рисунок 1.3 Дисковая конструкция конденсатора
Литая секционированная конструкция (рис.1.4) характерна для монолитных многослойных керамических конденсаторов, их изготовляют путем литья горячей керамики, в результате которого получают керамическую заготовку (1) с толщиной стенок около 100 мкм и прорезями (пазами) (2) между ними, толщина которых порядка 130-150 мкм. Затем эта заготовка окунается в серебряную пасту, которая заполняет пазы, после чего осуществляют вжигание серебра в керамику.
Рисунок 1.4 Литая секционированная конструкция конденсатора
Рулонная конструкция (рис. 1.5) характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов, обладающих большой емкостью. Конструктивно бумажные конденсаторы выполняются из двух длинных полос алюминиевой или свинцово-оловянной фольги (2), разделенных несколькими слоями бумаги (1) толщиной от 4-5 до 12-15 мкм и свернутых в виде круглого или овального рулона.
Рисунок 1.5 Рулонная конструкция конденсатора
Для повышения электрической прочности и стабильности конденсатор пропитывают парафином, церезином, вазелином, маслом или различными компаундами. Основной задачей пропитки является заполнение пор в бумаге и пустот между слоями бумаги и обкладками.
Количество бумажных слоев n и толщина бумаги d определяются рабочим напряжением и условиями работы конденсатора. Конденсаторы с однослойным диэлектриков и с обкладками из фольги имеют меньшие размеры, но не обеспечивают высокой электрической прочности и надежности.
По электрическим показателям бумажные конденсаторы значительно уступают слюдяным или керамическим. Они имеют большие потери (, которые быстро растут с частотой, и более низкое сопротивление изоляции. Их параметры зависят от климатических условий и меняются во времени. Поэтому бумажные конденсаторы обычно герметизируют. Для герметизации конденсаторов относительно небольшой емкости (до 0,1 мкФ) используют цилиндрический корпус из фарфора, при несколько больших значениях емкости цилиндрический корпус из металла, а для конденсаторов большой емкости - плоские или прямоугольные корпуса из металла.
Существенным недостатком бумажных конденсаторов является большая собственная индуктивность, которая обусловлена тем, что обкладки конденсатора свернуты в виде спирали. Рис. 1.6 - Схемы намотки бумажных конденсаторов: а - со смещенной фольгой; б - с вкладными выводами; 1 - фольга; 2 - конденсаторная бумага; 3 - выступающие концы фольги; 4 - вкладные выводы.
Безыиндуктивные конденсаторы выполняют так, что выводы имеют возможно более короткое соединение со всеми участками обкладок (рис. 1.6, а). Для уменьшения индуктивности более дешевым способом в секцию при намотке через определенное число витков закладывают проводники, соединяемые вместе у общего вывода (рис. 1.6, б).
2.
Выбор материалов для бумажного конденсатора
2.1
Основные диэлектрические материалы
В бумажных конденсаторах большой емкости - до нескольких микрофарад или малогабаритных конденсаторах емкостью до нескольких десятых долей микрофарад диэлектриком служит конденсаторная бумага (ГОСТ 1908-88). По ГОСТ 1908-88 бумага изготавливается 4 видов: КОН - обычная конденсаторная бумага, используется в качестве диэлектрика в электронной и радиотехнической промышленности преимущественно для изготовления малогабаритных электрических конденсаторов промышленной и бытовой техники; СКОН - специальная конденсаторная бумага, применяется в изделиях, где требуется более высокий уровень электрической прочности, бумага обладает более низким значением тангенса угла диэлектрических потерь при температуре 100°С; МКОН - бумага с малыми диэлектрическими потерями, предназначенная для пропитки синтетическими пропиточными составами, отличается высокой химической чистотой и высокими значениями электрической прочности, малыми диэлектрическими потерями; ЭМКОН - бумага высокой электрической прочности с малыми диэлектрическими потерями, применяется в технике сильных токов и высоких напряжений для изготовления силовых и импульсных конденсаторов, работающих в условиях повышенных электрических нагрузок. Так как специальные условия не оговорены в задании, используем для расчета конденсаторную бумагу КОН. По ГОСТ 1908-88 предусматривается изготовление бумаги с разной плотностью в зависимости от толщины (таблица 2.2). Таблица 2.1 Соответствие типов марок и толщины бумаги Вид и тип бумагиТолщина бумаги, мкм для марок0,81233,5КОН--4-308-15-СКОН-10-307-308-128-12МКОН10-208-306-308-15-ЭМКОН10-2010-306-308-12- Таблица 2.2 Соответствие толщины и плотности бумаги Марка бумагиПлотность, г/см30,80,80 ± 0,0511,00 ± 0,0521,20 ± 0,0531,30 ± 0,053,51,35 ± 0,05
При изменении объемного веса бумаги меняются ее электрические характеристики. Чем плотнее бумага, т.е. чем большая доля ее объема заполнена клетчаткой, тем выше диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность. С ростом плотности возрастает и значение тангенса угла диэлектрических потерь сухой бумаги. Конденсаторная бумага является неоднородным диэлектриком, состоящий из клетчатки, занимающей в зависимости от плотности бумаги 51 - 87% ее объема. Остальная часть объема приходится на долю пор, содержащих воздух и частично заполненных влагой. В воздушно-сухом состоянии количество влаги доходит до 10% от веса бумаги. Для повышения электрической прочности и диэлектрической проницаемости бумагу высушивают и пропитывают различными жидкими или отвердевающими полярными или неполярными составами (таблица 2.3). Неполярные пропитывающие составы применяются в том случае, если от конденсатора необходимо получить высокие значения электрических характеристик (высокое и малый ) и малое отклонение емкости при крайних значениях рабочих температур. Применяя для пропитки бумажных конденсаторов полярные диэлектрики, можно снизить габаритные размеры конденсаторов и, следовательно, сэкономить активные материалы. Например, можно использовать касторовое масло, но при этом увеличится угол потерь.
Основным преимуществом жидких пропиточных масс является полное заполнение всех пор в бумаге, в отличие от твердых масс, которые обладают усадкой, вызывающей образование остаточных газовых включений в диэлектрике конденсатора. За счет усадки снижаются электрическая прочность и диэлектрическая проницаемость. Преимуществом отвердевающих масс является возможность применения дешевой негерметизированной конструкции, но лишь при том условии, что от конденсатора не требуется высокая влагостойкость. Основным типом пропиточных масс, используемых в производстве бумажных конденсаторов, служат жидкие массы.
Таблица 2.3 Характеристики пропитывающих составов для бумажных конденсаторов ХарактеристикиКонденсаторное маслоСоволКонденсаторный вазелинКасторовое маслоПлотность, г/см3, при t=20 0,86-0,891,51-1,560,83-0,880,95-0,97Температура застывания, 0-45+5 - +6+30 - +40-15÷ -17Теплопроводность, 0,00130,00101--Теплоемкость при 20 - 100 , ккал/кгград0,43 -0,580,36--Температурный коэффициент объемного расширения, 0,0006-0,00070,001--Удельное объемное сопротивление при 20, Электрическая прочность при 50 гц, 20, кв/см200170>200200Диэлектрическая проницаемость при 50 гц, 202,1-2,34,6-5,22,1-2,24,2-4,7Тангенс угла диэлектрических потерь при 50 гц, 900,0050,03-0,003<0,002>0,01
Любой конденсатор имеет ограниченный срок службы. Обычно конденсаторы радиотипа рассчитаны н верхний предел температуры 70 и на срок службы при непрерывной работе порядка 5000-10000 ч. В таблице 2.4 приведены значения допускаемой рабочей напряженности для указанных режимов работы при разных значениях толщины бумаги и разном числе ее слоев между обкладками.
Таблица 2.4 Значения допускаемой рабочей напряженности поля Толщина слоев и число слоев бумагиДопускаемая напряженность кВ/ммПри 70При 85При 1008 мк 212,5--8 мк 316,712,58,310 мк 320--8 мк 4-18,712,510 мк 425251510 мк 530302010 мк 6-33,425
Пробой конденсатора может произойти не только через толщину диэлектрика, но и по поверхности закраин (расстояние от края обкладки до края диэлектрика). Поэтому величину закраины следует выбирать, исходя из испытательного напряжения, при котором не должен наблюдаться разряд по закраине, такие значения ширины закраины представлены в таблице 2.5.
Таблица 2.5 Выбор ширины закраины Испытательное напряжение (постоянный ток), ВШирина закраины, ммНамотка со скрытой фольгойНамотка с выступающей фольгой1500 или ниже231600-20002,542100-300035 При зарядке реального конденсатора ток с течением времени спадает не до нуля, а до некоторого конечного значения - тока утечки Чем выше сопротивление изоляции, тем меньше токи утечки. Сопротивление изоляции конденсаторов большой емкости определяется в основном током утечки через толщину диэлектрика, а потому зависит от удельного объемного сопротивления диэлектрика , от площади обкладки и от толщины диэлектрика. Удельное объемное сопротивление бумаги
2.2
Конструкции для защиты конденсатора
Существуют различные средства защиты конденсаторов от воздействия влаги, которые делятся на два типа: влагозащита с применением органических диэлектриков (уплотнение конструкции) и влагозащита с применением неорганических диэлектриков и металла (герметизация конструкции конденсатора). Простейшим средством влагозащиты пропитанной конденсаторной секции является покрытие ее слоем изоляционного лака. Шагом вперед в направлении улучшения влагостойкости конденсаторов явилась заливка влагоупорным компаундом пропитанных конденсаторных секций, помещаемых в металлический или изоляционный корпус. Недостатком таких конструкций является их пониженная морозостойкость, так как при низких температурах возможно растрескивание заливочного компаунда. Резкое улучшение надежности удалось получить при использовании для заливки компаундов на основе эпоксидных смол. Для слюдяных конденсаторов широко применяется опрессовка пластмассой. Для бумажных конденсаторов этот метод влагозащиты применяется редко, так как необходимость использовать относительно высокую температуру запрессовки и большое удельное давление может повредить целостности конденсаторной секции. Для защиты бумажных конденсаторов применяется метод облицовки влагозащитным компаундом («окукливание») (рис. 2.1). Облицовку можно производить погружением конденсаторной секции в расплавленный компаунд или путем заливки компаундом в разборной формочке.
Рисунок 2.1 Облицовка влагозащитным компаундом
Одним из вариантов использования термореактивных пластмасс в конструкции конденсаторов является опрессовка пластмассой выводных контактов в металлической крышке конденсатора (рис. 2.2), которая затем впаивается в металлический корпус. Также вместо опрессовки пластмассой используется заливка вывода эпоксидным компаундом.
Рисунок 2.2 Опрессовка пластмассой выводных контактов в металлической крышке конденсатора
В ряде случаев применяется также керамические изоляторы сплошные (рис. 2.3, а) или составные (рис. 2.3, б), уплотняемые эластичными прокладками из специальной резины.
Рисунок 2.3 Керамические уплотняемые изоляторы: а - сплошные, б - составные
Некоторые влагозащитные материалы представлены в таблице 2.6. (Р - коэффициент влагопроницаемости органического вещества, h - растворимость, D - коэффициент диффузии)
Таблица 2.6 Константы некоторых органических влагозащитных материалов Название материала г/смчммh г/см3ммD, см2/чПолитрифторхлорэтилен (фторопласт-3) Политетрафторэтилен (фторопласт-4) Парафин Церезин Полиамид-68 Полиэтилен Полиуретан Эпоксидная смола Полихлорвинил Полистирол Битумные компаунды Полиметилметакрилат Бакелит Бензилцеллюлоза Ацетилцеллюлоза Полисилоксановая резина0,6 4,5 4-6 6 21 30 50 50-80 33-110 100-200 100-200 360 500 800-1600 1000-1600 24001 1,5 - - 7 15 50 10 55 2 - 12 - - - 800,6 3 - - 3 2 1 5-8 0,6-2 50-100 - 30 - - - 30
Недостатком влагозащиты, основанной на применении органических материалов, является то, что они имеют конечную величину влагопроницаемости. Широкое распространение получили герметизированные конструкции, представляющие собой сочетание металла с керамикой или стеклом, с применением швов, соединяемых мягкими припоями; эта система влагозащиты известна под названием вакуумплотной герметизации (рис. 2.4).
Рисунок 2.4 Вакуумплотная герметизация
а - керамический изолятор, впаянный в металлическую крышку; б - стеклянный изолятор, впаянный в металлическую трубку; г - керамический дисковый изолятор, впаянный в металлическую трубку; д - металлический колпачок, припаянный к керамической трубке, е - керамическая крышка, припаянная к керамическому корпусу
Для конденсаторов большой емкости применяются металлические корпуса с припаянными к ним крышками, в которые впаиваются керамические металлизированные изоляторы (рис. 2.4, а) или специальные стеклянные проходные изоляторы (рис. 2.4, б). Для конденсаторов, рассчитанных на повышенную рабочую температуру порядка 100, используются стальные корпуса, не имеющие шва, которые соединяются с крышкой методом сварки.
2.3 Материалы обкладок
Обкладки конденсаторов нагреваются проходящим по ним током и одновременно отводят тепло от диэлектрика к корпусу конденсатора. В процессе работы конденсатора на обкладки из фольги действуют механические напряжения, вызванные электродинамическими силами, возникающие при протекании токов в близко расположенных электродах. Материалы обкладок испытывает и механические нагрузки при намотке и сборке конденсаторных секций. Этими условиями определяются требования к материалу обкладок: он должен обладать высокой электропроводностью, теплопроводностью и механической прочностью. Чаще всего для обкладок применяется алюминиевая фольга. Современное конденсаторостроение применяет для изготовления обкладок различных типов конденсаторов большое число различных металлов. Характеристики некоторых металлов приведены в таблице 2.7. конденсатор емкость диэлектрический обкладка
Таблица 2.7 Характеристики некоторых проводящих материалов ХарактеристикиСереброМедьЗолотоАлюминийОловоТанталУдельное сопротивление, мкОм·см1,621,752,42,813,414,6Температурный коэффициент сопротивления, 364438424435Плотность, г/см310,58,919,32,77,416,6Коэффициент линейного расширения, 19,716,514,223,826,76,5Теплоемкость (0-100) ккал/град·ч0,0560,1000,0620,1680,5590,036Теплопроводность, Вт/см·град4,203,93-2,220,630,54
Медь обладает малым удельным сопротивлением, высокой механической прочностью, удовлетворительной стойкостью к коррозии, легко паяется, сваривается и хорошо обрабатывается, что позволяет прокатывать ее в листы, ленту и вытягивать в проволоку. Обычно медная фольга применяется в производстве намотанных конденсаторов небольшой емкости, когда требуется увеличенная прочность обкладок. Такую фольгу иногда применяют также в производстве слюдяных конденсаторов, когда требуется использовать обкладки с пониженным удельным сопротивлением. Основным типом металлической фольги, применяемой в конденсаторостроении, является алюминиевая фольга. Алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди, обладает небольшим удельным сопротивлением, высокой теплопроводностью, легко прокатывается до малых толщин и относительно дешев. Для электротехнических целей используют алюминий технической чистоты, содержащий до 0,5% примесей. Алюминий высокой чистоты (примесей до 0,03%) используется для изготовления тонкой (до 6 мкм) фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Иногда вместо тонкой алюминиевой фольги применяется оловянная (точнее оловянно-свинцовая с добавление сурьмы) как материал легко поддающийся пайке и, благодаря своей мягкости, плотнее прилегающий к диэлектрику. Такая фольга изготавливается небольшими партиями с толщиной до 7 мкм. Недостатком этой фольги, кроме повышенной стоимости и увеличенного удельного сопротивления, является худшая теплопроводность и повышенный удельный вес. Золото обладает высокой пластичностью (предел прочности при растяжении 150 МПа, относительное удлинение при разрыве около 40%) и используется в электронной технике для нанесения коррозионно-устойчивых покрытий на резонаторы СВЧ, внутренние поверхности волноводов, электроды ламп и др. Серебро - стойкий против окисления металл (при нормальной температуре), обладающий наименьшим удельным сопротивлением (табл. 2.7). Используется для изготовления электродов и контактов на небольшие токи, для непосредственного нанесения на диэлектрики, а также в производстве керамических и слюдяных конденсаторов. Тонкая танталовая фольга толщиной 10-15 мкм применяется в производстве электролитических конденсаторов, так же, как и алюминиевая фольга является носителем оксидного слоя (диэлектрика). Из-за низкой стоимости наиболее распространенным материалом высокой электрической проводимости является алюминий. В соответствии с ГОСТ 618-73* «Фольга алюминиевая, рулонная для электротехнических целей», фольга выпускается толщиной от 0,005 до 0,2 мм при ширине рулона от 10 до 200 мм. Допуски по толщине колеблются в пределах от ±10 до ±20%, что при конструировании может вызывать заметное отклонение фактической толщины и веса секции от расчетных величин, полученных при номинальных размерах.
3.
Расчет конденсатора
.1 Основные принципы расчета
Расчет конденсатора сводится к нахождению оптимальных размеров, обеспечивающих получение заданных значений электрических характеристик конденсатора, и надежность работы при наименьших затратах на его производство. В частных случаях, если конденсатор применяется в особо ответственной аппаратуре, его стоимость может иметь второстепенное значение, и главное внимание приходится уделять получению наивысших возможных характеристик или наименьшего объема и веса. В большинстве случаев по типу диэлектрика определяется и тип конструкции конденсатора - конденсаторной секции: плоская, цилиндрическая или спиральная (намотанная). При одном и том же диэлектрике можно применить несколько конструкций: при отсутствии специальных соображений по выбору варианта конструкции необходимо рассчитать несколько вариантов и выбрать оптимальный. Основным при расчете конденсатора является правильный выбор толщины диэлектрика d, так как от нее зависят как размеры конденсатора, так и надежность его работы. По существу, каждый раз приходиться идти на компромисс между двумя противоположными требованиями: обеспечить повышенную надежность, для чего требуется увеличить d, или обеспечить наименьшие значения веса, объема и стоимости конденсатора, для чего требуется уменьшать d. В первом приближении объем конденсатора изменяется пропорционально квадрату толщины диэлектрика, поэтому снижение толщины d является существенным способом удешевления конденсатора и снижения его габаритных размеров. Для конденсаторов постоянного тока и низкой частоты величина d обычно устанавливается на основе расчета электрической прочности конденсатора; для ряда типов высокочастотных конденсаторов величина d находится из теплового расчета и потом только проверяется в отношении запаса электрической прочности. После определения величины d необходимо выбрать конструкцию конденсаторной секции - основы конденсатора, что обычно определяется заданным или выбранным типом диэлектрика, а также номинальными параметрами конденсатора, указанными в расчетном задании. В соответствии с конструкцией выбирается расчетная формула, связывающая емкость с толщиной диэлектрика и основными размерами обкладок. Используя выбранную формулу емкости, заданное значение номинальной емкости , и найденное значение d, а также выбирая из конструктивных соображений соотношение ширины и длины обкладок, в случае плоского или спирального конденсатора, и задаваясь длиной обкладки или диаметром цилиндрического конденсатора, можно найти размеры активной части диэлектрика. Для установления размеров конденсаторной секции приходится дополнительно выбирать размеры закраин (расстояние от края обкладки до края диэлектрика), исходя из расчета на отсутствие перекрытия или основываясь на технологических соображениях и толщину обкладок из соображения механической прочности, т.е. из технологических соображений или на основе расчета величины потерь в обкладках (для конденсаторов повышенной или высокой частоты).
3.2
Расчет бумажного конденсатора
Выбираем плотню бумагу КОН-3 (1,30 г/см3) и пропитку соволом для повышения диэлектрической проницаемости, так как конденсатор рассчитан на работу при постоянном напряжении. Используем формулу для расчета диэлектрической проницаемости пропитанной бумаги:
где - диэлектрическая проницаемость клетчатки (;
Диэлектрическая проницаемость пропитки;
Коэффициент запрессовки диэлектрика (можно принять равным 1);
Плотность сухой бумаги, ;
Плотность клетчатки ().
Принимаем электрическую прочность из таблицы 2.4, в этом случае толщина диэлектрика будет равна: Берем диэлектрик из трех слоев бумаги по 10 мк.
Принимаем намотку со скрытой фольгой (рис. 3.1), находим по таблице 2.5 величину закраины 2 мм. В качестве обкладок берем алюминиевую фольгу шириной b = 40 мм и толщиной 5 мк. Тогда ширина бумаги с учетом закраин . Диаметр намоточной оправки выбираем .
где ;
Номинальная емкость, мкФ;
Диаметр, при котором начинается намотка активных витков, см;
Толщина обкладки, мкм;
Активная ширина обкладок, см;
Число витков секции находим по формуле:
Рисунок 3.1 Размеры одной конденсаторной секции
Используем стальной корпус для размещения в нем девяти конденсаторных секций. Принимая толщину стенок корпуса 0.3 мм и толщину изоляции секций 0.3 мм, получаем необходимую ширину корпуса , округлим значение до см. Выберем стандартную высоту корпуса 54 мм, на 10 мм больше высоты конденсаторной секции для размещения обкладок и изоляции под крышкой. Крышка крепится к корпусу с помощью пайки, для изоляции выводов используем опрессовку пластмассой (рис. 3.2).
Рисунок 3.2 Корпус конденсатора
Для расчета токов утечки необходимо найти площадь обкладок и удельное сопротивление диэлектрика. Примем за удельное сопротивление пропитанной бумаги среднее значение между удельным сопротивлением сухой бумаги и совола . Для нахождения сопротивления диэлектрика в одной секции воспользуемся формулой:
где ;
Номинальная емкость, мкФ;
Толщина диэлектрика, мкм;
Удельное сопротивление пропитанной бумаги .
Найдем сопротивление для всех секций, так как они все одинаковые и соединены параллельно, то сопротивление будет в 9 раз меньше и равно Ом. Найдем ток утечки:
Подсчитаем вес конденсатора. Вес обкладок:
Вес бумаги:
Свободный объем корпуса конденсатора, заполняемый пропиточной массой, примерно равен , плотность пропитки , получаем примерный вес пропиточной массы . Вес корпуса и крышки (сталь, удельный вес ) равен:
.
Принимая ориентировочно вес одного изолированного вывода 10 г, получаем вес выводов 20 г. Тогда примерный общий вес конденсатора составит .
Объем конденсатора равен .
Сравнение рассчитанного конденсатора с реальными аналогами представлено в таблице 3.1.
Таблица 3.1 Сравнение характеристик конденсаторов ПараметрРассчитанный конденсаторКБГ-МНКБГ-МНЕмкость, мкФ222Номинальное напряжение, В500400600Объем, 86.478.3145.3Масса, г132250360
Заключение
Произведен расчет бумажного конденсатора и получены следующие его габариты: ширина квадратного основания 40 мм, высота 54 мм. Масса конденсатора 132.2 г, объем . В качестве диэлектрика использована конденсаторная бумага КОН-3, материал обкладок - алюминиевая фольга. Емкость конденсатора 2 мкФ, рабочее напряжение 500 В, токи утечки не превышают . Данный конденсатор имеет реальные аналоги типа КБГ-МН.
Бумажные конденсаторы в основном применяются в цепях, где повышенные потери и низкая стабильность не имеют существенного значения.
Список литературы
1.Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие. - СПб.: Питер, 2003. - 506 с.
2.Волгов В.А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Энергия, 1977. - 656 с.
.ГОСТ 1908-88 Бумага конденсаторная. Общие технические условия
.Ренне В.Т., Багалей Ю.В., Фридберг И.Д. Расчет и конструирование конденсаторов: Учебное пособие для вузов - К.: Техника, 1966. - 324 с.
.Ренне В.Т. Электрические конденсаторы. - Л.: Энергия, 1969. - 592 с.
.Бодиловский В.Г. Справочник молодого радиста. - М.: Высшая школа, 1983. - 322 с.
.ГОСТ 618-73* Фольга алюминиевая для технических целей. Технические условия
Конденсатор пусковой Сп должен быть в 1,5-2 раза больше рабочего Ср. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети, а конденсатор - обязательно бумажным, например, типа МБГО, МБГП и др. Пассивные диэлектрики
При пропитки бумаги повышается диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность, уменьшаются габариты, масса и стоимость конденсатора. Кабельные масла используют для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей.