Конденсатор — это электрический компонент, который используется для временного накопления электрических зарядов. Единицей конденсатора является фарад (Ф). Силовой конденсатор — это особый тип конденсатора, который может работать при более высоких напряжениях и имеет большую емкость.
В данной статье мы дадим определение силовому конденсатору и объясним его принцип работы, также разберем формулу, подключение, типы применений и многое другое. Хотите узнать больше о конденсаторе и о том, как он работает? Прочтите нашу статью «Что такое электрический конденсатор«.
Определение силового конденсатора
Силовой конденсатор — это электрическое устройство, которое может накапливать и отдавать электрическую энергию. Устройство состоит из одной или нескольких пар пластин, разделенных изолирующим материалом (диэлектриком), которые присоединены к двум клеммам, позволяющим при необходимости разряжать накопленную энергию в цепь. Символ силового конденсатора показан ниже:
Силовые конденсаторы используются для защиты различных типов оборудования от резонанса и улучшения качества электроэнергии за счет поглощения гармонических токов, генерируемых индукционной нагрузкой. Эти конденсаторы доступны с более высокими значениями выше 1 Фарада. Таким образом, их можно использовать вместо батарейки.
Силовые конденсаторы играют ключевую роль в обеспечении неактивного источника реактивной мощности в системах распределения электроэнергии. Они включают в себя две проводящие пластины, которые разделены изоляционным материалом, называемым диэлектриком. Емкость силового конденсатора является мерой емкости накопления энергии, которая обычно выражается как:
C = K*A/D
Где,
«А» — площадь электрода,
«D» — это их разделение,
«К» — диэлектрическая проницаемость между двумя электродами.
Конструкция силового конденсатора
Конструкция силового конденсатора может быть выполнена с использованием различных конденсаторов меньшего размера, которые известны как блоки, обмотки или элементы. Эти меньшие конденсаторы могут быть изготовлены из различных слоев алюминиевой фольги и полипропиленовой пленки. Как только различные конденсаторы соединены между собой, эти конденсаторы могут объединяться, чтобы работать как единый блок конденсаторов:
Соединение различных элементов может выполняться последовательно в зависимости от номинального напряжения. Весь модуль может быть размещен в баке, который герметично закрыт, а воздух в блоке можно удалить, заменив его диэлектрической жидкостью. Блоки этого конденсатора включают в себя втулки наверху с клеммными крышками, которые работают как точки подключения (выводы).
Силовые конденсаторы в распределительных сетях обеспечивают реактивную мощность для выравнивания индуктивной нагрузки от двигателей, осветительных нагрузок и дуговых печей. Включение силовых конденсаторов в систему распределения электроэнергии обеспечивает эксплуатационные и экономические преимущества, такие как увеличение нагрузочной способности системы, повышение коэффициента мощности и снижение потерь.
Принцип работы силового конденсатора
Силовые конденсаторы имеют внутри две пластины, покрытые материалом, который позволяет им накапливать электрический заряд. Когда конденсатор подключен параллельно к индуктивной нагрузке, он начнет заряжаться, когда напряжение поднимется выше уровня тока нагрузки. Разница между уровнями напряжения и тока называется фазовым углом. Этот угол определяет, сколько энергии будет храниться в устройстве к моменту его полной зарядки. Чем больше энергии хранится, тем быстрее она может разрядиться в другую нагрузку.
Характеристики силового конденсатора
Характеристики силового конденсатора в основном включают WVDC (рабочее напряжение постоянного тока), WVAC (рабочее напряжение переменного тока), номинальную мощность, номинальный ток, температурный коэффициент, сопротивление изоляции и коэффициент рассеяния, и каждая спецификация обсуждается ниже:
- WVAC и WVDC — это максимальные напряжения переменного и постоянного тока, которые можно постоянно использовать при любой температуре в диапазоне от температуры низкой категории до номинальной температуры.
- Максимальная мощность, которая постоянно используется в одних и тех же температурных интервалах, называется номинальной мощностью.
- Максимальный ток известен как номинальный ток.
- Изменение измеренной емкости в диапазоне температур называется температурным коэффициентом.
- Сопротивление изоляции можно определить как отношение между приложенным постоянным напряжением и результирующим током утечки.
- Коэффициент рассеяния или DF представляет собой отношение между резистивной и реактивной частями импеданса конденсатора при приложении синусоидального напряжения на фиксированной частоте.
Функции силового конденсатора
Функции силового конденсатора включают следующее:
- В силовых конденсаторах используются радиальные, осевые, лепестковые, винтовые, J-образные выводы.
- Силовые конденсаторы на основе технологии SMT или поверхностного монтажа и THT или технологии сквозного монтажа подключаются к печатной плате (печатной плате) путем размещения выводов компонентов через отверстия, после чего выводы компонентов припаиваются к противоположной стороне печатной платы.
Типы силовых конденсаторов
Силовые конденсаторы доступны в различных типах в зависимости от требований, таких как последовательные, параллельные, автоматические выключатели, муфты, электрические, импульсные, фильтры постоянного тока и стандартные конденсаторы. Пожалуйста, прочитайте эту статью, чтобы узнать больше о типах конденсаторов.
Параллельные конденсаторы
Параллельные конденсаторы или конденсаторы с фазовым сдвигом обычно используются для компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки в энергосистеме, чтобы можно было увеличить коэффициент мощности, уменьшить потери в линии и улучшить качество напряжения.
Последовательные конденсаторы
Последовательные конденсаторы используются в высоковольтных системах для компенсации реактивного сопротивления энергосистем. Соединение этих конденсаторов может быть выполнено последовательно с линиями передачи и распределения высокого напряжения, чтобы компенсировать индуктивное сопротивление линии передачи, а также для поддержания стабильной и динамической устойчивости системы.
Такой конденсатор очень полезен для повышения качества напряжения линии передачи, может быть улучшено расстояние передачи энергии, а также увеличена пропускная способность.
Конденсаторы связи
Эти конденсаторы используются в линиях передачи большой мощности для управления, измерения, высокочастотной связи и защиты. Эти конденсаторы играют ключевую роль в устройствах для отвода электрической энергии.
Электрические конденсаторы
Эти конденсаторы играют важную роль в системах электрического обогрева с частотным диапазоном от 40 до 24000 Гц для повышения коэффициента мощности и частоты или напряжения цепи.
Импульсные конденсаторы
Это полипропиленовые пленочные конденсаторы используются там, где необходимы стабильные низкие коэффициенты рассеяния для обработки пульсирующих токов в областях, основанных на преобразовании энергии. Эти конденсаторы можно использовать в качестве компонентов накопления энергии, таких как генераторы пускового тока, генераторы импульсного напряжения или в колебательной цепи для проверки автоматического выключателя.
Конденсаторы фильтра постоянного тока
Эти конденсаторы применяются в высоковольтных выпрямительных фильтрах и устройствах постоянного тока.
Стандартный конденсатор
Стандартные конденсаторы используются в высоковольтных цепях для измерения высокого напряжения и диэлектрических потерь.
Подключение силового конденсатора
Силовой конденсатор может быть подключен в однофазных и трехфазных соединениях, которые обсуждим ниже.
Подключение однофазного силового конденсатора
В однофазной системе конденсатор включен последовательно с пусковой обмоткой двигателя компрессора. Конденсатор обычно подключается к основному источнику питания, но также может быть подключен к пусковой обмотке. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки.
Самый распространенный метод — подключить конденсатор между L1 и L2 основного источника питания. Емкость конденсатора следует выбирать таким образом, чтобы общее емкостное сопротивление примерно в 5-10 раз превышало индуктивное сопротивление двигателя компрессора. Это обеспечит наличие достаточного емкостного тока для быстрого и надежного запуска двигателя. Это также обеспечит достаточный крутящий момент для преодоления механического трения, вызванного тугими подшипниками или маслом с низкой вязкостью.
При подключении конденсатора между L1 и L2 вы должны использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее 125% от пикового линейного напряжения, что в 1,414 раза превышает среднеквадратичное значение напряжения. Другими словами, если у вас есть источник питания 120 В переменного тока, вам нужен конденсатор с номиналом не менее 150 В переменного тока (1,25 x 120 В = 150 В).
Подключение трехфазного силового конденсатора
Если силовой конденсатор подключен к трехфазному источнику питания, способ подключения силового конденсатора делится на два типа: звезда и треугольник.
Соединение звезда
Метод соединения звездой также называется методом соединения Y. Положительный и отрицательный электроды каждой фазы силового конденсатора подключаются к нейтральной точке трехфазной линии (U, V, W). Этот метод может уменьшить несимметричный емкостной ток в трехфазной линии, увеличить баланс напряжения в каждой фазе и избежать насыщения магнитопровода в трансформаторе на стороне низкого напряжения; но недостатком является то, что он тратит много энергии в нейтральной точке.
Таким образом, этот метод используется только тогда, когда существует значительная разница между токами прямой и обратной последовательности.
Соединение треугольник
Положительный и отрицательный электроды каждой фазы силового конденсатора подключаются к двум фазам любой фазы соответственно (например, U1, U2).
Этот метод может эффективно улучшить баланс напряжения между линиями, но вызывает дисбаланс потребления реактивной мощности на каждой линии, поскольку не вызывает дисбаланса между прямой и обратной последовательностями. Поэтому этот метод следует использовать, когда нет существенной разницы между токами прямой и обратной последовательности.
Критерии выбора силового конденсатора
Хотя концепция силового конденсатора может показаться простой, на рынке существует множество различных моделей, обладающих различными преимуществами. Тремя основными факторами, которые следует учитывать, являются номинальное напряжение, емкость и номинальная частота. Вот что вам нужно знать о каждом из этих аспектов:
Уровень напряжения
Номинальное напряжение силового конденсатора определяется его диэлектрическим материалом. Некоторые диэлектрики могут выдерживать очень высокие напряжения; другие не могут. Обязательно выберите тот, который вам действительно подходит.
Емкость
Силовые конденсаторы бывают разных размеров и форм; однако их основная функция остается прежней: хранение электроэнергии. Чем больше конденсатор, тем больше заряда он может удерживать, а это означает, что больше энергии будет доступно в любой момент, когда это больше всего необходимо.
Номинальная частота
Некоторые силовые конденсаторы разработаны специально для низкочастотных устройств, а некоторые предназначены для высокочастотных (например, в аудиоусилителях).
Преимущества и недостатки силового конденсатора
Силовые конденсаторы отлично подходят для улучшения коэффициентов мощности, снижения затрат на электроэнергию, предотвращения скачков напряжения и многого другого.
К преимуществам силового конденсатора можно отнести следующее:
- Низкое потребление энергии из сети.
- Стабилизация напряжения. Силовые конденсаторы помогают сбалансировать напряжение на вашем объекте, поэтому вам не нужно беспокоиться о нестабильном напряжении, вызывающем проблемы на вашем предприятии или объекте.
- Заряжаются и разряжаются намного быстрее, чем аккумуляторы, а это значит, что они могут обеспечивать быстрый поток энергии, когда это необходимо.
- Циклы зарядки — они не изнашиваются при многократной зарядке и разрядке, как аккумуляторы.
- Конденсатор не требует обслуживания, так как не имеет движущихся частей. Он компактный и легкий, что упрощает его установку в любых условиях.
К недостаткам силового конденсатора можно отнести следующее:
- К недостаткам силовых конденсаторов можно отнести стоимость, которая значительно выше, чем у других типов конденсаторов.
- Силовые конденсаторы могут работать только в устройствах, рассчитанных на их частоту и напряжение.
- Они подвержены диэлектрическому поглощению, что может быть проблемой в некоторых устройствах, хотя эту конкретную проблему можно исправить с помощью надлежащей конструкции.
- Склонны к старению при воздействии высоких напряжений и высоких частот, что со временем может привести к выходу из строя.
- Чувствительны к влаге и могут быть легко повреждны водой или высокой влажностью.
- Они нуждаются в изоляции от тепла, которое выделяется в процессе работы. Изоляционный слой может быть поврежден, что приведет к перегреву и более быстрому выходу из строя.
Использование силовых конденсаторов
Вот некоторые из наиболее распространенных применений силовых конденсаторов:
- Коррекция коэффициента мощности (PFC) — коррекция коэффициента мощности используется для повышения эффективности электрооборудования за счет уменьшения количества тока, который должен потребляться от основного источника питания для заданного уровня выходной мощности.
- Конденсаторы звена постоянного тока.
- Преобразователи частоты.
- Конденсаторы пуска двигателя и промежуточного контура.
- В цепях фильтра гармоник.
- Они также используются в различных устройствах, таких как кондиционеры, холодильники, лифты, вентиляторы, двигатели и т.д.
- Силовые конденсаторы также способствуют качественному потреблению электроэнергии за счет снижения потерь от потребления реактивной мощности.
- Силовые конденсаторы также используются в устройствах хранения энергии, например, в электромобилях (EV) и гибридных электромобилях (HEV).
Каково назначение силового конденсатора?
Силовой конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрической энергии в электрическом поле или электростатическом поле. Он похож на аккумулятор, но работает по принципу емкости. Он состоит из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком. Диэлектрик может быть твердым, жидким или газообразным материалом.
Когда следует использовать силовой конденсатор?
В мире электроники конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления электрического заряда. Когда дело доходит до силовых конденсаторов, они специально используются для сглаживания потока электричества в электрической системе. Как вы, возможно, слышали, электричество может быть непредсказуемым и может вызывать колебания, которые наносят ущерб другим электрическим системам в этом районе. Силовые конденсаторы предназначены для решения этой проблемы и обеспечения того, чтобы электричество, протекающее через вашу систему, оставалось плавным, стабильным и безопасным.
Какова средняя мощность, которую потребляет силовой конденсатор?
Средняя мощность, потребляемая силовым конденсатором, зависит от размера конденсатора и схемы, к которой он подключен. Например, 400-вольтовый конденсатор номиналом 25 микрофарад потребляет примерно 0,8 ампер тока при подключении к цепи с рабочей частотой 50 герц (циклов в секунду).
Зачем схеме нужен силовой конденсатор?
Когда электрический ток протекает через устройство переменного тока, такое как кондиционер или холодильник, в потоке тока будут колебания, которые могут привести к повреждению электрических компонентов. Сопротивление этих компонентов может увеличиваться, когда они подвергаются этим колебаниям, в результате чего они выделяют тепло и в конечном итоге выходят из строя. Силовой конденсатор помогает защититься от этой проблемы, регулируя ток, чтобы свести к минимуму эти колебания.
Чем конденсатор отличается от аккумулятора?
Аккумулятор — это портативная батарея, которая хранит энергию для будущего использования. Обычно они используются в смартфонах, ноутбуках, планшетах и т.д. Блоки питания похожи на силовые конденсаторы в том смысле, что они накапливают энергию для последующего использования, но они не обеспечивают столько мощности и не служат так долго, как конденсаторы.
Как часто нужно менять силовой конденсатор?
Большинство конденсаторов рассчитаны на определенный срок службы и на них указано количество «эквивалентных часов работы» (или EOH), которое они могут проработать. Это мера того, сколько часов конденсатор может работать на полную мощность, прежде чем он начнет изнашиваться — как только он достигнет своего максимального EOH, нужно будет его заменить как можно скорее.
Итог
Есть много разных названий, к которым можно отнести силовой конденсатор. Его называют: конденсатор для хранения энергии, энергетический конденсатор, блок питания, флэш-конденсатор, аккумуляторный конденсатор, суперконденсатор, ультраконденсатор или конденсатор для хранения заряда.
Это все краткие сведения о силовом конденсаторе, которые мы вам хотели рассказать. При установке силовых конденсаторов необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности; эти конденсаторы надо подключать там, где нет вибрации, агрессивных газов, взрывов, ударов, пожароопасности и т.д.
С Уважением, МониторБанк