المكثف الكهربائي هو جهازوالتي يمكن أن تتراكم شحنة وطاقة المجال الكهربائي. يتكون أساسًا من زوج من الموصلات (اللوحات) مفصولة بطبقة عازلة. يكون سمك العازل دائمًا أصغر بكثير من حجم الألواح. في الدوائر الكهربائية المكافئة ، يُشار إلى المكثف بقطعتين متوازيتين عموديتين (II).
الكميات والوحدات الأساسية
هناك عدة كميات أساسية ،تحديد مكثف. إحداها سعتها (الحرف اللاتيني C) ، والثانية هي جهد التشغيل (اللاتينية U). يتم قياس السعة الكهربائية (أو ببساطة السعة) في نظام SI بالفاراد (F). علاوة على ذلك ، كوحدة للسعة ، 1 فاراد كثير - عمليًا لا يتم استخدامه أبدًا. على سبيل المثال ، تبلغ الشحنة الكهربائية لكوكب الأرض 710 ميكروفاراد فقط. لذلك ، يتم قياس السعة الكهربائية للمكثفات في معظم الحالات من حيث مشتقات الفاراد: في بيكوفاراد (pF) بقيمة صغيرة جدًا من السعة (1 pF = 1/106μF) ، في microfarads (μF) بقيمة كبيرة بما فيه الكفاية (1 μF = 1/106 F). من أجل حساب السعة الكهربائية ، من الضروري تقسيم كمية الشحنة المتراكمة بين الألواح على معامل فرق الجهد بينهما (الجهد عبر المكثف). شحنة المكثف في هذه الحالة هي الشحنة التي تتراكم على إحدى لوحات الجهاز المعني. في موصلين للجهاز ، يكونان متماثلين في القيمة المطلقة ، لكنهما يختلفان في الإشارة ، لذا فإن مجموعهما دائمًا يساوي صفرًا. تُقاس شحنة المكثف بوحدة الكولوم (C) ، ويُشار إليها بالحرف Q.
جهد الجهاز
واحدة من أهم المعلمات المدروسةجهازنا عبارة عن جهد انهيار - الفرق في قيم إمكانات موصلي المكثف ، مما يؤدي إلى انهيار كهربائي للطبقة العازلة. يتم تحديد الحد الأقصى للجهد الذي لا ينهار الجهاز عنده من خلال شكل الموصلات وخصائص العازل وسمكه. ظروف العمل التي يكون فيها الجهد على لوحات الأقطاب الكهربائية قريبًا من جهد الانهيار غير مقبول. جهد التشغيل العادي عبر المكثف أقل بعدة مرات من جهد الانهيار (مرتين إلى ثلاث مرات). لذلك ، عند الاختيار ، يجب الانتباه إلى الجهد والقدرة المقدرة. في معظم الحالات ، تتم الإشارة إلى قيمة هذه القيم على الجهاز نفسه أو في جواز السفر. إن تضمين مكثف في الشبكة لجهد يتجاوز القيمة الاسمية ، يهدد انهياره ، ويمكن أن يؤدي انحراف قيمة السعة عن القيمة الاسمية إلى إطلاق توافقيات أعلى في الشبكة وزيادة سخونة الجهاز.
مظهر مكثف
يمكن أن يكون تصميم المكثفاتمتنوع. يعتمد على قيمة السعة الكهربائية للجهاز والغرض منه. يجب ألا تتأثر معلمات الجهاز قيد الدراسة بالعوامل الخارجية ، وبالتالي فإن اللوحات لها شكل يتركز فيه المجال الكهربائي الناتج عن الشحنات الكهربائية في فجوة صغيرة بين موصلات المكثف. لذلك ، يمكن أن تتكون من دائرتين متحدة المركز ، أو لوحين مسطّحين ، أو أسطوانتين متحدتين المحور. وبالتالي ، يمكن أن تكون المكثفات أسطوانية وكروية ومسطحة حسب شكل الموصلات.
المكثفات الثابتة
حسب طبيعة التغيير في السعة الكهربائيةتنقسم المكثفات إلى أجهزة ذات سعة ثابتة أو متغيرة أو قادين. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل نوع من الأنواع المذكورة. الأجهزة التي لا تتغير سعتها أثناء التشغيل ، أي أنها ثابتة (قيمة السعة لا تزال تتقلب ضمن الحدود المقبولة اعتمادًا على درجة الحرارة) هي مكثفات دائمة. هناك أيضًا أجهزة كهربائية تغير سعتها الكهربائية أثناء التشغيل ، ويطلق عليها المتغيرات.
ما الذي يحدد C في المكثف
السعة الكهربائية تعتمد على مساحة سطحهاالموصلات والمسافة بينهما. هناك عدة طرق لتغيير هذه المعلمات. فكر في مكثف يتكون من نوعين من الألواح: متحرك وثابت. تتحرك الألواح المتحركة بالنسبة إلى الألواح الثابتة ، ونتيجة لذلك تتغير سعة المكثف. تستخدم النظائر المتغيرة لتكوين الأجهزة التناظرية. علاوة على ذلك ، يمكن تغيير السعة أثناء التشغيل. تستخدم مكثفات الانتهازي في معظم الحالات لضبط معدات المصنع ، على سبيل المثال ، لاختيار السعة تجريبياً عندما يكون الحساب مستحيلاً.
مكثف في الدائرة
الجهاز المدروس في دائرة التيار المستمريجري التيار فقط في اللحظة التي يتم فيها توصيله بالشبكة (في هذه الحالة ، يتم شحن الجهاز أو إعادة شحنه بجهد المصدر). بمجرد أن يتم شحن المكثف بالكامل ، لا يتدفق أي تيار من خلاله. عندما يكون الجهاز متصلاً بدائرة تيار متناوب ، فإن عمليات التفريغ والشحن تتناوب مع بعضها البعض. فترة تناوبها تساوي فترة تذبذب الجهد الجيبي المطبق.
خصائص المكثف
مكثف حسب الدولةيمكن أن يكون المنحل بالكهرباء والمواد التي يتكون منها جافًا ، سائلًا ، أكسيد شبه موصل ، أكسيد فلز. يتم تبريد المكثفات السائلة جيدًا ، ويمكن لهذه الأجهزة أن تعمل تحت أحمال كبيرة ولها خاصية مهمة مثل الإصلاح الذاتي للعزل الكهربائي أثناء الانهيار. تتميز الأجهزة الكهربائية من النوع الجاف بتصميم بسيط إلى حد ما ، وفقدان أقل للجهد وتيار التسرب. في الوقت الحالي ، الأجهزة الجافة هي الأكثر شيوعًا. تتمثل المزايا الرئيسية لمكثفات الإلكتروليت في تكلفتها المنخفضة وأبعادها المدمجة وقدرتها الكهربائية العالية. نظائر الأكسيد قطبية (الاتصال غير الصحيح يؤدي إلى الانهيار).
كيفية الاتصال
توصيل مكثف بدائرة ذات ثابتيحدث التيار على النحو التالي: يتم توصيل موجب (أنود) للمصدر الحالي بالقطب الكهربي المغطى بفيلم أكسيد. قد يؤدي عدم الامتثال لهذا المطلب إلى انهيار العازل. ولهذا السبب يجب توصيل المكثفات السائلة بدائرة ذات مصدر تيار متغير ، وربط قسمين متطابقين في سلسلة معاكسة. أو ضع طبقة أكسيد على كلا القطبين. وبالتالي ، يتم الحصول على جهاز كهربائي غير قطبي يعمل في شبكات ذات تيار مستمر وجيبي. لكن في كلتا الحالتين ، تصبح السعة الناتجة أقل مرتين. المكثفات الكهربائية أحادية القطب كبيرة ، لكن يمكن توصيلها بدارات التيار المتردد.
التطبيق الرئيسي للمكثفات
يمكن سماع كلمة "مكثف" من العمالمختلف المؤسسات الصناعية ومعاهد التصميم. بعد تناول مبدأ التشغيل والخصائص والعمليات الفيزيائية ، سنكتشف سبب الحاجة إلى المكثفات ، على سبيل المثال ، في أنظمة الإمداد بالطاقة؟ في هذه الأنظمة ، تُستخدم البطاريات على نطاق واسع في البناء وإعادة الإعمار في المؤسسات الصناعية للتعويض عن القوة التفاعلية لـ KRM (تفريغ الشبكة من التدفقات غير المرغوب فيها) ، مما يجعل من الممكن تقليل تكاليف الكهرباء ، وتوفير منتجات الكابلات وتقديم كهرباء بجودة أفضل للمستهلك. إن الاختيار الأمثل للطاقة وطريقة ومكان توصيل مصادر الطاقة التفاعلية (Q) في شبكات أنظمة الطاقة الكهربائية (EPS) له تأثير كبير على المؤشرات الاقتصادية والتقنية لكفاءة EPS. هناك نوعان من CRM: عرضي وطولي. مع التعويض العرضي ، يتم توصيل البنوك المكثفة بحافلات المحطة الفرعية بالتوازي مع الحمل وتسمى بنوك التحويل (BSC). مع التعويض الطولي ، يتم تضمين البطاريات في قطع خطوط الطاقة وتسمى UPC (أجهزة التعويض الطولي). تتكون البطاريات من أجهزة فردية يمكن توصيلها بطرق مختلفة: مكثفات متسلسلة أو متوازية. مع زيادة عدد الأجهزة المتصلة في السلسلة ، يزداد الجهد. تُستخدم UPK أيضًا لموازنة الأحمال على مراحل ، وزيادة إنتاجية وكفاءة أفران القوس والأفران الحرارية (عند تشغيل UPK من خلال محولات خاصة).
على الدوائر المكافئة لخطوط الطاقة معالجهد أعلى من 110 كيلو فولت ، يشار إلى التوصيل السعوي للأرض كمكثفات. ترجع EP للخط إلى السعات الكهربائية بين الموصلات في المراحل المختلفة والسعة التي شكلها سلك الطور والأرض. لذلك ، لحساب أوضاع تشغيل الشبكة ، يتم استخدام معلمات خط النقل ، لتحديد أماكن تلف الشبكة الكهربائية ، يتم استخدام خصائص المكثف.
المزيد حول مجالات التطبيق
أيضا ، يمكن سماع هذا المصطلح من الموظفينالسكك الحديدية. لماذا يحتاجون المكثفات؟ في القاطرات الكهربائية والديزل ، تُستخدم هذه الأجهزة لتقليل انحناء ملامسات الأجهزة الكهربائية ، وتنعيم التيار النابض الناتج عن المقومات وقواطع النبض ، وأيضًا لتوليد جهد جيبي متماثل يستخدم لتشغيل المحركات الكهربائية.
ومع ذلك ، غالبًا ما تُسمع هذه الكلمة من الفم.هواة الراديو. لماذا يحتاج المكثفات؟ في الهندسة الراديوية ، يتم استخدامها لإنشاء تذبذبات كهرومغناطيسية عالية التردد ؛ فهي جزء من مرشحات التنعيم وإمدادات الطاقة ومكبرات الصوت ولوحات الدوائر المطبوعة.
في حجرة القفازات لكل عشاق السيارات ، يمكنك أن تجدزوجان من هذه الأجهزة الكهربائية. لماذا تحتاج المكثفات في السيارة؟ هناك يتم استخدامها في تضخيم معدات الأنظمة الصوتية لاستنساخ الصوت عالي الجودة.
