Кондензатор

Из Википедије, слободне енциклопедије
Disambig.svg
Уколико сте тражили део лабораторијског прибора, погледајте чланак Кондензатор (лабораторијски прибор).
Обични кондензатор

Кондензатор је електротехнички елемент, који може да сачува енергију у облику електричног поља између двеју електрода раздвојених са изолатором (диелектриком). Његова битна величина је капацитивност. СИ јединица за електричну капацитивност је F (фарад) по Мајклу Фарадеју.

Пошто је фарад веома велика вредност, најчешће се користи са префиксима микро (μ), нано (n) и пико (p) за кондензаторе.

Симболи кондензатора
Кондензатор Поларизовани
кондензатори
Променљиви
кондензатор
Симбол кондензатора
Симбол полазованог кондензатора
Симбол полазованог кондензатора, 2
Симбол полазованог кондензатора, 3
Симбол полазованог кондензатора, 4
Симбол променљивог кондензатора

Изведбе кондензатора[уреди]

Кондензатор има две електроде, најчешће плочасте или ваљкасте, између којих се налази диелектрик (изолатор), који повећава капацитивност и поједностављује израду кондензатора. Кондензаторе делимо по материјалу, од ког је сачињен диелектрик:

  • ваздух - ти кондензатори без диелектрика су врло квалитетни и употребљавају се у високофреквентним радио предајницима. Такође и кондензатори са подешавањем капацитивности су ваздушни. Мана им је мања капацитивност по јединици површине;
  • папир - примерени за велике радне напоне (до сто киловолти - 100 kV), велика изолацијска отпорност и велика толеранција;
  • металопапир - на папир је напарен метал и све заједно замотано. Велика капацитивност на јединици површине, мали фактор губитака, метал се у тачки могућег пробоја истопи и тако се кондензатор сам „поправи";
  • стирофлекс - мали губици и мали температурни коефицијент;
  • металополикарбонат и металополиестер - на фолију од поликарбоната или полиестера је напарен метал. Могућност регенерисања код пробоја (слично као металопапирни конд.), велика изолацијска отпорност и велика временска константа;
  • минерал калијумовог алуминосиликата - мали фактор губитака, поготово на високим фреквенцијама, веома велика изолацијска отпорност, дозвољени велики радни напони (до неколико киловолти);
  • алуминијум силикат - мала толереанција, велики радни напон, мали фактор губитака;
  • керамика - широко фреквентно подручје, мали фактор губитака, веома велика капацитивност по јединици површине, велики температурни коефицијент.

Код поларизованих кондензатора настане диелектрик тек код прикључења у електрично коло, те се морају правилно прикључити на једносмерни напон. Неколико тренутака након прикључења тече кроз њих велика струја. Зато се најчешће употребљавају за „пеглање“ осцилација једносмерног напона.

Две изведбе поларизованих кондензатора су:

  • електролитски кондензатор - између електрода се налази папирна газа са отопином боракса, фосфата или карбоната. При прикључењу на једносмерни напон се на позитивној електроди сакупи пласт алуминијевог оксида, који делује као диелектрик. Веома велика капацитивност по јединици површине;
  • танталов кондензатор - електролит је тврди танталов пенструјасид, мали радни напони (ретко изнад 100 V), велика толеранција, велики фактор губитака, велика капацитивност по јединици површине; погодни у склоповима са интегрисаним електронским колима.

Величина капацитивности је најчешће реда μF до mF. Кондензатори са великим капацитетом (до 1F или више) се зову суперкондензатори.

Идеални кондензатор[уреди]

Напон на идеалном кондензатору, са капацитивношћу C, кроз који тече електрична струја i(t), је:

u(t)=\frac{1}{C}\int_{-\infty }^{t}i(t)\;dt.

Минус бесконачно у доњој граници интеграла значи, да је кондензатор нека врста једноставне меморије и да је његов напон зависан такође и од догађања пре тренутка почетка посматрања t=0. Инверзна једначина је:

i(t)=C\frac{d\;u(t)}{d\;t}.

Када кондензатор прикључимо на наизменични напон u(t)=U\cos (\omega t), према претходној једначини, кроз њега тече наизменична струја

i=-\omega CU\sin (\omega t),

Запажамо да струја претходи напону за четвртину периода осцилације, тј. за \pi /2.

Еквивалентна капацитивност неколико паралелно везаних идеалних кондензатора, једнака је збиру капацитивности тих кондензатора:

C=C_{1}+C_{2}+\cdots +C_{N}=\sum_{i=1}^{N}C_{i}.

Код серијској везаних идеалних кондензатора, реципрочна вредност еквивалентне капацитивности једнака је збиру реципрочних вредности капацитивности појединих кондензатора:

\frac{1}{C}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+\cdots +\frac{1}{C_{N}}=\sum_{i=1}^{N}\frac{1}{C_{i}}.

Утицај температуре[уреди]

Дата капацитивност вреди само за одређену температуру, обично за \vartheta _{0}=25^{o}C. Зависност капацитивности код других температура је линеарна и повезана са температурним коефицијентом \alpha , који је зависан од диелектрика:

C=C_{0}(1+\alpha (\vartheta -\vartheta _{0})).

Порастом температуре опада дозвољени радни напон.

Реални кондензатор[уреди]

Код идеалних кондензатора се диелектрик посматра као потпуни изолатор и отпорност прикључака је занемарљива. У пракси најчешће не важи ни једно ни друго.

Квалитет кондензатора[уреди]

Напуњен кондензатор, када га оставимо неприкљученог, празни се кроз диелектрик и на неки други начин, нпр. кроз кућиште. Реални кондензатор се моделује идеалним кондензатором са капацитивношћу C и отпорником отпроности R паралелно везаним са кондензатором. Квалитет кондензатора се тада оцењује временском константом \tau , која је једнака производу \tau =CR; што је ова константа већа, то је кондензатор квалитетнији.

Фактор губитака[уреди]

Када се прикључи на изменични напон идеални кондензатор не троши снагу. У реалном кондензатору није тако, јер неке омске отпорности не можемо занемарити и зато се нешто снаге ипак губи. Губитке оцењујемо углом \delta , који каже за колико се фазни угао између вектора напона и струје разликује од \pi /2, колико износи код идеалног кондензатора.

На високим фреквенцијама долази до изражаја отпорност прикључака R_{1}, која је у еквивалентној шеми везана серијски са кондензатором.


Еквивалентна шема реалног кондензатора на високим фреквенцијама

Векторски дијаграм је следећи:


Векторски дијаграм реалног кондензатора на високим фреквенцијама

Фактор губитака на високим фреквенцијама је:

\tan \delta =\frac{IR_{1}}{U_{C}}=\omega R_{1}C.

На ниским фреквенцијама је импеданса кондензатора по апсолутној вредности веома велика, утицај отпорности довода је занемарљив, зато долази до изражаја изолацијска отпорност диелектрика, која је у еквивалентној шеми на доњој слици означена са R_{2} и везана паралелно кондензатору.


Еквивалентна шема реалног кондензатора на ниским фреквенцијама

Векторски дијаграм у том примеру је:


Векторски дијаграм реалног кондензатора на ниским фреквенцијама

Фактор губитака код ниских фреквенција је:

\tan \delta =\frac{U/R{2}}{I_{C}}=\frac{1}{\omega R_{2}C}.

Употреба[уреди]

Кондензатор је незаобилазан елемент код израде електричних кола. Кондензатори са малом толеранцијом капацитивности употребљавају се, пре свега у радио-техници, као делови осцилаторних кола, филтера, фреквентних скретница, интегратора и диференцијатора. Кондензатори са већом толеранцијом се употребљавају за равнање осцилација једносмерног напона, у умноживачима напона, за генерисање реактивне (јалове) снаге, погон монофазних асинхроних мотора итд. Кондензаторе са великим капацитетом употребљавамо као резервни извор енергије за напајање неких делова веза, на пример код краткотрајног испада спољашњег извора електричне енергије.

Пробојни напон[уреди]

Пробојни напон је друга основна карактеристика (поред капацитета). Означава напон при коме долази до пробоја и трајног оштећења кондензатора. Поредећи кондензатор са опругом у механици то је сила која трејно деформише опругу. Када се кондензатор пробије, почиње да се понаша као проводник.

Толеранција[уреди]

Толеранција је димензија која дефинише колико стварна вредност кондензатора сме одступа од називне вредности. У серијској производњи кондензатора у зависности од материјала од којих је кондензатор направљен долази до одступања од номиналне вредности.


Спољашње везе[уреди]

Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Кондензатор