Подобрать нужный высоковольтный импульсный конденсатор для генератора импульсных токов порой не такая простая задача. Для этого необходимо понимание основных характеристик конденсатора:
- емкость;
- номинальное напряжение;
- энергия;
- частота следования разрядных импульсов;
- собственная индуктивность выводов конденсатора;
- разрядныйток;
- ресурс конденсатора.
Рассмотрим основные характеристики по порядку.
Ёмкость
Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может незначительно отличаться. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q=CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад.
Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.
Следовательно С=С1+C2+...+Сn.
Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.
При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна: 1/С=1/С1+1/C2+...+1/Сn.
- емкость;
- номинальное напряжение;
- энергия;
- частота следования разрядных импульсов;
- собственная индуктивность выводов конденсатора;
- разрядныйток;
- ресурс конденсатора.
Рассмотрим основные характеристики по порядку.
Ёмкость
Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может незначительно отличаться. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q=CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад.
Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.
Следовательно С=С1+C2+...+Сn.
Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.
При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна: 1/С=1/С1+1/C2+...+1/Сn.
ООО "Траконта" 54031 Украина, г. Николаев, ул. Электронная 81/4, E-mail: trakonta@gmail.com Tel: +380512714945; Mob, Viber: +380503180260
ООО "Траконта"
Высоковольтные конденсаторы
Высоковольтные конденсаторы
Высоковольтные конденсаторы
Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости каждого конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.
Удельная ёмкость
Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.
Номинальное напряжение
Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.
При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
Электрическое сопротивление изоляции конденсатора — r
Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением r = U/Iут , где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.
Эквивалентное последовательное сопротивление — R
Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контактов между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор.
Существуют специальные приборы (ESR-метры) для измерения этого достаточно важного параметра конденсатора, по которому можно часто определить пригодность его дальнейшего использования в определённых целях. Этот параметр часто имеет решающее значение в исследовании состояния старого конденсатора.
Эквивалентная последовательная индуктивность — L
Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.
Саморазряд
С течением времени конденсатор теряет энергию за счёт саморазряда. Это обусловлено величиной его внутреннего сопротивления.
Удельная ёмкость
Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.
Номинальное напряжение
Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.
При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
Электрическое сопротивление изоляции конденсатора — r
Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением r = U/Iут , где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.
Эквивалентное последовательное сопротивление — R
Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контактов между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор.
Существуют специальные приборы (ESR-метры) для измерения этого достаточно важного параметра конденсатора, по которому можно часто определить пригодность его дальнейшего использования в определённых целях. Этот параметр часто имеет решающее значение в исследовании состояния старого конденсатора.
Эквивалентная последовательная индуктивность — L
Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.
Саморазряд
С течением времени конденсатор теряет энергию за счёт саморазряда. Это обусловлено величиной его внутреннего сопротивления.
Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол:
где ϭ — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь ϭ=0. Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности Pа к реактивной Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная tg(ϭ), называется добротностью конденсатора.
Импульсные импульсные конденсаторы
Конденсаторы, используемые в ГИТ, чаще всего работают в режиме, близком к короткому замыканию: колебательный разряд на малую индуктивность при частоте колебаний 104 – 107 Гц. Основное требование, предъявляемое к конденсатору – запасать максимально возможную энергию в единице объема. Она определяется рабочей напряженностью ЕР, при которой работает изоляция и диэлектрической проницаемостью ε изоляции.
К основным факторам, ограничивающим ЕР, относятся:
- кратковременная прочность изоляции секций конденсатора;
- разрушение диэлектрика частичными разрядами (ЧР);
- тепловой режим конденсатора.
Если конденсатор работает в частотном режиме, то ЕР определяется тепловым пробоем конденсатора. Если тепловой режим не является определяющим, то ЧР в толще диэлектрика и на закраинах секций являются определяющими.
К основным факторам, ограничивающим ЕР, относятся:
- кратковременная прочность изоляции секций конденсатора;
- разрушение диэлектрика частичными разрядами (ЧР);
- тепловой режим конденсатора.
Если конденсатор работает в частотном режиме, то ЕР определяется тепловым пробоем конденсатора. Если тепловой режим не является определяющим, то ЧР в толще диэлектрика и на закраинах секций являются определяющими.
Для изготовления импульсных конденсаторов применяются диэлектрики на основе конденсаторной бумаги, синтетических пленок, пропитанных жидким диэлектриком. Допустимая рабочая напряженность определяется кратковременной прочностью изоляции и длительной прочностью или процессами старения диэлектрика в импульсном режиме. Основное значение при этом имеют тип применяемого диэлектрика и режим работы конденсатора.
Для уменьшения потерь в конденсаторе целесообразно использовать диэлектрик секций с малым tg δ при частоте колебаний разрядного контура. Таким диэлектриком является пленочный или бумажно-пленочный диэлектрик с применением неполярных полимерных пленок (полипропилена, полиэтилена и др.) и неполярных пропитывающих составов (конденсаторного масла и др.).
К конденсаторам высоковольтных импульсных устройств предъявляются требования минимальной собственной индуктивности и минимального объема системы обкладок и диэлектриков, чтобы соединительные проводники не вносили в разрядный контур больших индуктивностей.
Характеристики некоторых высоковольтных конденсаторов
Для уменьшения потерь в конденсаторе целесообразно использовать диэлектрик секций с малым tg δ при частоте колебаний разрядного контура. Таким диэлектриком является пленочный или бумажно-пленочный диэлектрик с применением неполярных полимерных пленок (полипропилена, полиэтилена и др.) и неполярных пропитывающих составов (конденсаторного масла и др.).
К конденсаторам высоковольтных импульсных устройств предъявляются требования минимальной собственной индуктивности и минимального объема системы обкладок и диэлектриков, чтобы соединительные проводники не вносили в разрядный контур больших индуктивностей.
Характеристики некоторых высоковольтных конденсаторов
Тангенс угла потерь
Тангенс угла потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.
Тангенс угла потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.
All rights reserved by Trakonta 1996 – 2021
