Jeśli kondensator jest spolaryzowany, przewód dodatni musi być podłączony do strony obwodu o wyższym potencjale. Jeśli jest niespolaryzowany, orientacja nie ma znaczenia dla polaryzacji, ale wartości napięcia i pojemności nadal decydują o tym, czy obwód działa. W przypadku jednofazowego silnika prądu przemiennego kondensator trafia do uzwojenia pomocniczego albo jako kondensator roboczy, który pozostaje pod napięciem, albo jako kondensator rozruchowy, który spada po osiągnięciu przez silnik prędkości. Trzy praktyczne pytania są zawsze takie same: jaki jest typ obwodu, jakie zadanie wykonuje kondensator oraz jakie są wartości znamionowe napięcia i pojemności wydrukowane na części.
Najczęstszym błędem początkujących jest użycie kondensatora elektrolitycznego w linii prądu przemiennego. Ta część nie jest przystosowana do napięcia wstecznego i szybko ulegnie awarii. Drugim najczęstszym błędem jest ignorowanie prądu tętniącego lub napięcia udarowego w konwerterze przełączającym. Poniższe akapity przeprowadzą Cię przez proces łączenia kondensatorów szeregowo, równolegle, w grupach mieszanych, filtrach prądu stałego i obwodach silników prądu przemiennego, posługując się liczbami rzeczywistymi i przykładowymi scenariuszami. Kondensator prądu przemiennego
Kondensatory polaryzacyjne są zwykle typu aluminiowego, elektrolitycznego lub tantalowego. Przewód ujemny jest oznaczony kolorową opaską, znakiem minus lub paskiem z boku rękawa. W przypadku kondensatorów elektrolitycznych z otworami przelotowymi dłuższy przewód jest zwykle dodatni. W przypadku elektrolitów do montażu powierzchniowego górne oznaczenie to pełne czarne lub białe półkole skierowane do bieguna dodatniego, podczas gdy druga połowa obudowy może mieć wcięcie. W przypadku elementów z przewodami promieniowymi plastikowa obudowa często ma znak minus obok jednego przewodu.
W przypadku aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych o napięciu znamionowym powyżej 100 V puszka ma czasami żebrowaną górę z odpowietrznikiem ciśnieniowym. Ten otwór wentylacyjny nie jest znacznikiem polaryzacji; ma chronić przed uszkodzeniami spowodowanymi ciśnieniem wewnętrznym. Nie używaj otworu wentylacyjnego jako wskaźnika kierunku.
Kondensatory niespolaryzowane obejmują CBB60, CBB61, CBB65, CBB80 i kondensatory ceramiczne. Nie mają one pozytywnego ani negatywnego oznaczenia. Jeśli widzisz dwa identyczne przewody bez paska polaryzacji, kondensator można podłączyć w dowolnej orientacji. Jednak orientacja nadal ma znaczenie w sensie fizycznym: zaciski mogą mieć różne kształty, a niektóre kondensatory silnikowe wykorzystują płytki wkładane, które pasują do określonego gniazda. Zawsze dopasowuj rozmiar złącza i szerokość ostrza.
Kiedy kondensatory łączysz szeregowo, całkowita pojemność jest zawsze równa mniejszy niż najmniejszy kondensator w ciągu . Wzór na dwa kondensatory to:
C ogółem = (C1 × C2) / (C1 C2)
W przypadku trzech lub więcej kondensatorów obowiązująca formuła jest następująca:
1 / C ogółem = 1 / C1 1 / C2 1 / C3
Powód wynika z fizyki ładunku. W szeregu każdy kondensator przechowuje tę samą ilość ładunku Q. Napięcie na kondensatorze wynosi V = Q / C. Jeśli połączysz szeregowo kondensator 10 uF i 10 uF, całkowita pojemność wyniesie 5 uF, a nie 20 uF. Napięcie znamionowe pary wynosi maksymalnie 2 × napięcie znamionowe jednego kondensatora, pod warunkiem, że napięcia zostaną zrównoważone za pomocą rezystorów wyrównujących.
Załóżmy, że masz dwa kondensatory 100 uF, każdy o napięciu znamionowym 50 V. Jeśli połączysz je szeregowo, całkowita pojemność wyniesie 50 uF, a całkowite napięcie znamionowe wyniesie około 100 V. Jednakże kondensatory elektrolityczne mają różne prądy upływowe. Kondensator o mniejszym prądzie upływowym przyjmie większe napięcie i może ulec awarii. W praktyce należy równolegle do każdego kondensatora umieścić rezystor 220 kΩ i mocy 1 W. Wymusza to zachowanie mniej więcej równego podziału napięcia, szczególnie jeśli tolerancje kondensatorów wynoszą około ±20%.
Bezpieczne połączenie szeregowe wygląda zatem następująco: kondensator C1 z rezystorem R1 równolegle, kondensator C2 z rezystorem R2 równolegle, następnie połącz obie grupy szeregowo. Rezystory powinny mieć podobną wartość, a ich maksymalne straty mocy muszą być wystarczające dla napięcia roboczego.
| Parametr | Pojedynczy kondensator | Dwa w serii |
|---|---|---|
| Pojemność | 100 uF | 50 uF |
| Napięcie znamionowe | 50 V | ≈ 100 V |
| Energia zmagazynowana przy pełnym napięciu | 0,125 J | 0,25 J |
Połączenie równoległe jest przeciwieństwem szeregowego. Całkowita pojemność jest sumą każdego kondensatora. Formuła jest prosta:
C ogółem = C1 C2 C3
Każdy kondensator widzi to samo napięcie. Oznacza to, że musisz wybrać kondensatory, których indywidualne napięcie znamionowe jest wyższe niż maksymalne napięcie w obwodzie. Użycie dwóch kondensatorów 10 uF 16 V równolegle daje 20 uF przy 16 V. Jest to powszechne w zasilaczach prądu stałego o niskim napięciu, gdzie potrzebne jest lepsze tłumienie tętnień o niskiej częstotliwości.
W obwodach cyfrowych kondensator ceramiczny 100 nF będzie filtrować szumy o wysokiej częstotliwości, podczas gdy kondensator elektrolityczny lub tantalowy 10 uF pochłania stany przejściowe obciążenia o niższej częstotliwości. Obydwa są połączone równolegle pomiędzy VCC a masą. Układ ma większe znaczenie niż wartość pojemności: utrzymuj krótki powrót do masy i umieść mały kondensator najbliżej styku zasilania układu scalonego.
Jeśli połączysz równolegle dwa kondensatory o bardzo różnej równoważnej rezystancji szeregowej, prąd zostanie rozdzielony zgodnie z impedancją przy częstotliwości, którą próbujesz filtrować. Ceramika o niskim ESR może przewodzić więcej prądu o wysokiej częstotliwości niż ceramika elektrolityczna. Jest to normalne i nie stanowi usterki. Nie należy jednak mieszać spolaryzowanego elektrolitu i spolaryzowanego tantalu bez kwalifikowanej kontroli projektu, ponieważ odwrotny stan przejściowy może spowodować niebezpieczną awarię.
Zaczynasz od rozwiązania bloku równoległego, a następnie traktujesz ten blok jako pojedynczy kondensator w obliczeniach szeregowych lub równoległych. Sieci mieszane pojawiają się, gdy potrzebna jest wartość pojemności, która nie jest dostępna jako część o standardowej wartości znamionowej.
Wyobraź sobie, że potrzebujesz kondensatora 4,7 uF o napięciu znamionowym 600 V prądu stałego, ale masz tylko cztery kondensatory 4,7 uF o napięciu znamionowym 300 V prądu stałego. Łączysz szeregowo dwa kondensatory, aby uzyskać 2,35 uF przy 600 V. Następnie łączysz dwie takie grupy szeregowo równolegle. Wynik wynosi 4,7 uF przy 600 V. Technikę tę stosuje się w sterownikach LED średniej mocy i zasilaczach przemysłowych.
| Podgrupa | Pojemność | Napięcie znamionowe |
|---|---|---|
| Jedna para serii | 2,35 uF | 600 V |
| Dwie pary równolegle | 4,7 uF | 600 V |
W przypadku źródła prądu stałego podłącz dodatni zacisk kondensatora elektrolitycznego do szyny VCC. Podłącz zacisk ujemny do masy lub szyny dolnej. Jeśli obwód jest zasilany prostownikiem pełnookresowym, użyj elektrolitu o pojemności od 470 uF do 4700 uF na wyjściu i umieść równolegle ceramikę 100 nF, aby uzyskać szum przełączania o wysokiej częstotliwości.
Stała czasowa τ (tau) wynosi R × C. Po jednej stałej czasowej napięcie na kondensatorze wynosi 63,2% napięcia zasilania. Po pięciu stałych czasowych jest to 99,3%. Zasadę tę stosuje się do tworzenia obwodów opóźniających, obwodów odbijających, a nawet prostych timerów.
Jeśli podłączysz kondensator bezpośrednio do źródła prądu stałego, prąd ładowania jest ograniczony jedynie przez impedancję źródła i ESR kondensatora. To może być ogromne przez kilka mikrosekund. W wielu zasilaczach mały rezystor lub termistor rozruchowy jest włączany szeregowo, aby ograniczyć prąd.
| Stała czasowa | Napięcie na kondensatorze |
|---|---|
| 1 τ | 63,2% |
| 2 τ | 86,5% |
| 3 τ | 95,0% |
| 5 τ | 99,3% |
Większość domowych i przemysłowych silników prądu przemiennego wykorzystuje kondensator do wytworzenia przesunięcia fazowego w uzwojeniu pomocniczym. To przesunięcie fazowe wytwarza wirujące pole magnetyczne, dzięki czemu silnik może się uruchomić i pracować w określonym kierunku. Połączenie odbywa się zawsze przez linię prądu przemiennego lub przez jedną sekcję uzwojenia, w zależności od tego, czy jest to kondensator rozruchowy, czy kondensator roboczy.
W silniku PSC kondensator roboczy jest połączony szeregowo z uzwojeniem pomocniczym. Odgałęzienie to jest następnie połączone równolegle z uzwojeniem głównym. Silnik jest podłączony do źródła zasilania. Kondensator pozostaje w obwodzie, gdy silnik pracuje. Typowe są tutaj kondensatory CBB60 i CBB61. Silnik pralki zasilany napięciem 220 V może wykorzystywać kondensator roboczy o pojemności od 4 uF do 6 uF. Silnik pompy wodnej może wykorzystywać jednostkę od 10 uF do 15 uF.
Kondensator rozruchowy ma większą pojemność, zwykle od 20 uF do 300 uF. Jest on podłączony równolegle do gałęzi kondensatora roboczego w okresie rozruchu. Przełącznik odśrodkowy lub przekaźnik potencjału otwiera się, gdy silnik osiągnie około 75% pełnej prędkości, powodując wyrzucenie kondensatora rozruchowego. Jeśli przełącznik się zablokuje, kondensator może się przegrzać.
W silnikach sprężarek klimatyzatorów kondensatory CBB65 są bardzo powszechne. Zasilacz CBB65 o napięciu znamionowym 450 V AC i obciążeniu 30 uF jest często używany w sprężarce o napięciu 220 V. Obudowa jest aluminiowa i może zawierać rezystor ułatwiający rozładowanie ładunku resztkowego po odłączeniu zasilania.
| Zastosowanie | Typowa pojemność | Typowe napięcie | Typ kondensatora |
|---|---|---|---|
| Silnik pralki | 4 uF do 6 uF | 450 V AC | CBB60 |
| Silnik pompy wodnej | 10 uF do 15 uF | 450 V AC | CBB60 |
| Sprężarka klimatyzacji | 25 uF do 60 uF | 450 V AC | CBB65 |
| Wentylator sufitowy lub wyciągowy | 1 uF do 3,5 uF | 450 V AC | CBB61 |
Symbol elektryczny to tylko połowa pracy. Jakość połączenia mechanicznego decyduje o trwałości kondensatora. W przypadku kondensatorów ołowiowych należy zdjąć około 5 mm izolacji z każdego przewodu, zagnieździć przewód w przewodzie, podgrzać przez dwie do trzech sekund za pomocą lutownicy o mocy od 25 W do 40 W i pozostawić złącze do ostygnięcia bez poruszania się. Zimne złącze może powodować wyładowania łukowe i sporadyczne awarie, które są bardzo trudne do wyśledzenia.
Kondensatory z zaciskami 4,8 mm lub 6,3 mm są często mocowane we wsporniku i podłączane do odpowiednich złączy żeńskich. Złącze powinno być przystosowane do temperatury 105°C lub wyższej, ponieważ znajdujący się wewnątrz silnik może być gorący. Użyj tulejki kablowej chroniącej przed wibracjami i zacisku mocującego, aby wtyczka nie mogła się poluzować podczas cykli uruchamiania i zatrzymywania silnika.
W przypadku pompy wodnej lub sprężarki lodówki kondensator nie powinien swobodnie zwisać. Przymocuj go za pomocą paska lub wspornika do sztywnej ramy. Skróć przewody lub przewody ostrza i dodaj odciążenie w punkcie wejścia kabla. Jeżeli kondensator przesunie się względem swoich zacisków, połączenie w końcu ulegnie zmęczeniu i pęknięciu.
Ogólną zasadą wyboru napięcia roboczego jest użycie co najmniej 1,25 do 1,5-krotności maksymalnego napięcia systemu . W przypadku silnika 220 V AC, dlatego domyślnym wyborem są kondensatory 450 V. Margines pochłania przepięcia rozruchowe, wahania obciążenia transformatora i skoki linii.
Oznaczone są kodem literowym: J wynosi ±5%, K wynosi ±10%, M wynosi ±20%. W obwodach silnika praktyczną bezpieczną granicą jest kondensator ±5%. ± 10% może nadal działać w przypadku wielu wentylatorów i małych silników. Jeśli kupisz tani kondensator oznaczony tylko jako 10 uF bez tolerancji, w rzeczywistości może to być 8 uF lub 12 uF. Różnica ta może spowodować przegrzanie silnika lub niemożność jego uruchomienia.
To samo dotyczy klasy temperaturowej. Standardowy kondensator 85°C może nie wystarczyć w szczelnej komorze silnika. W przypadku nagrzewania się obudowy silnika często wymagane są warianty 105°C. Aby zapewnić długą żywotność instalacji pomp zewnętrznych, należy wybrać kondensator przystosowany do pracy w wysokich temperaturach otoczenia i zapewniający dłuższą żywotność projektową.
| Kod | Tolerancja | Typowe ryzyko w okablowaniu silnika |
|---|---|---|
| J | ±5% | Niskie ryzyko, zalecane |
| K | ±10% | Ryzyko średnie, silnik może pracować nieco wolniej lub pobierać więcej prądu |
| M | ±20% | Wysokie ryzyko, nieodpowiednie do zastosowań precyzyjnych |
Zawsze możesz zacząć od prądu obciążenia silnika. W przypadku silnika jednofazowego pobierającego 2 A z sieci 220 V wartość kondensatora roboczego często mieści się w zakresie od 3 uF do 8 uF, w zależności od liczby biegunów i konstrukcji uzwojenia. Nie jest to dokładny wzór dla każdego silnika; dokładna wartość jest przydzielana przez projektanta silnika. Ale jeśli wymieniasz kondensator, najbezpieczniejszą radą jest przeczytanie starej części i wybranie tej samej pojemności i napięcia znamionowego.
W przypadku obwodu opóźniającego DC obliczenia są bezpośrednie. Załóżmy, że chcesz 5-sekundowego opóźnienia z rezystorem 10 kΩ. Wzór daje C = τ / R = 5 / 10000 = 0,0005 F, czyli 500 uF. W praktyce można użyć elektrolitu 470 uF lub 1000 uF i sprawdzić rzeczywisty czas. Napięcie progowe timera zależy od używanego układu scalonego lub tranzystora. W przypadku timera NE555 próg wynosi około 2/3 VCC, więc formuła nieznacznie się zmienia.
Przed dotknięciem lub zmianą kondensatora należy zmierzyć napięcie na jego zaciskach za pomocą multimetru. Na zaciskach można umieścić prosty rezystor 10 kΩ dla pięciu stałych czasowych. W przypadku kondensatora o pojemności 100 uF czas rozładowania do 10 kΩ wynosi około 5 sekund. Jeśli jednak masz do czynienia z dużymi kondensatorami przemysłowymi o napięciu znamionowym 400 V lub wyższym, użyj dedykowanego narzędzia do rozładowywania z odpowiednią mocą rezystora.
Poniższa lista opiera się na doświadczeniach centrów serwisowych. Każdy z nich wystarczy, aby spowodować awarię kondensatora w ciągu kilku dni.
Kiedy kondensator ulegnie awarii, typowymi widocznymi objawami są wybrzuszona górna część, wyciek elektrolitu, pęknięty plastikowy przód lub stopiona tuleja. W obwodzie silnika typowy tryb awarii polega na tym, że silnik brzęczy, ale się nie obraca, a następnie wyłącza wyłącznik.
Po podłączeniu kondensatora do źródła prądu stałego napięcie nie może natychmiast przeskoczyć. W momencie zamknięcia wyłącznika kondensator zachowuje się jak zwarcie. Prąd jest V_supply podzielony przez rezystor lub impedancję źródła. Następnie napięcie narasta zgodnie z równaniem V(t) = V_supply × (1 − e^(−t/RC)). Jeśli kondensator 100 uF zostanie podłączony do zasilania 12 V przez rezystor 1 kΩ, stała czasowa wynosi 0,1 sekundy. W ciągu 0,1 sekundy kondensator osiąga około 7,58 V. W ciągu 0,5 sekundy osiąga prawie 11,92 V.
Idealne źródło napięcia ma zerową impedancję. Idealny kondensator ma zerową rezystancję. Jeśli połączysz je bezpośrednio, prąd matematyczny jest nieskończony. W prawdziwym świecie rezystancja przewodu magistrali, ESR kondensatora i impedancja źródła ograniczają prąd. Jednak w laboratorium gigantyczny kondensator elektrolityczny może zespawać przewody lub uszkodzić zasilacz testowy. Kiedy eksperymentujesz z dużymi bankami, zawsze umieszczaj szeregowo mały ogranicznik prądu lub rezystor.
Poszukaj znaku minus, kolorowego paska, strzałki lub dłuższego przewodu. Jeżeli żaden z nich nie występuje, należy traktować kondensator jako niespolaryzowany, chyba że numer części stanowi inaczej. Kondensatory elektrolityczne są prawie zawsze spolaryzowane, podczas gdy kondensatory ceramiczne i foliowe są niespolaryzowane.
W spolaryzowanym kondensatorze elektrolitycznym napięcie wsteczne powoduje rozpad warstwy tlenku, wytwarzając gaz i ciepło. Kondensator może się wybrzuszyć, wypuścić dym, a nawet pęknąć. Jeśli napięcie jest wystarczająco wysokie, awaria często następuje w ciągu milisekund. Podłączenie przewodu elektrolitycznego 220 V do linii prądu przemiennego jest prawie takie samo, jak wykonanie testu odwrotnej polaryzacji, ponieważ przebieg zmienia kierunek co pół cyklu.
Tak, ale z ograniczeniem oporu. Połączenie bezpośrednie oznacza, że prąd ładowania zależy wyłącznie od rezystancji pasożytniczej. Może to być akceptowalne w przypadku testu niskoprądowego z małym źródłem, ale nigdy nie jest zalecane w przypadku konserwacji lub serwisowania przemysłowego. Aby złagodzić szybkość ładowania, użyj rezystora, ogranicznika rozruchu lub cewki indukcyjnej.
Nie. Rezystory połączone szeregowo sumują się bezpośrednio, natomiast kondensatory połączone szeregowo podlegają zasadzie odwrotności. Całkowita pojemność jest zawsze niższa niż najniższa pojedyncza wartość. Rezystory sumują się, tworząc większe R; kondensatory dodać, aby uzyskać mniejsze C.
Najprostszą metodą jest skopiowanie oryginalnej wartości kondensatora. W przypadku silnika jednofazowego 220 V kondensator roboczy ma często pojemność od 1,5 uF do 15 uF, podczas gdy kondensator rozruchowy ma zwykle pojemność od 20 uF do 100 uF. Dokładna wartość wynika z konstrukcji uzwojenia silnika i charakterystyki momentu obciążenia. Jeśli masz problemy z uruchomieniem, zwiększ pojemność początkową; jeśli silnik przegrzeje się podczas pracy, zmniejsz pojemność pracy lub sprawdź napięcie.
Można, ale silnik będzie zachowywał się inaczej. Wyższa pojemność robocza zwiększa prąd uzwojenia pomocniczego, co może wytwarzać większy moment rozruchowy, ale także więcej ciepła. Niższa pojemność zmniejsza moment obrotowy. W wentylatorach różnica 0,5 uF zwykle nie jest krytyczna; w zamkniętej sprężarce może to mieć wpływ na zabezpieczenie termiczne.
Jest to maksymalne napięcie ciągłe, jakie należy przyłożyć na jego zaciski. Przekroczenie tej wartości powoduje w skrajnych przypadkach szybsze starzenie się dielektryka i łuków wewnętrznych. W przypadku kondensatorów prądu przemiennego wartość znamionową często zapisuje się jako 450 V AC; nie można używać elektrolitu 450 V DC w tym samym miejscu.
Tak. Nawet jeśli zamierzasz ponownie podłączyć go do tego samego obwodu, ładunek resztkowy może wytworzyć iskrę. Umieść rezystor od 1 kΩ do 10 kΩ na zaciskach na kilka sekund. W przypadku kondensatorów wysokiego napięcia należy użyć szczelnego narzędzia do rozładowywania i sprawdzić za pomocą multimetru.
Najczęstsze przyczyny to wysoki prąd tętnienia, przepięcie, odwrócona polaryzacja lub awaria wyłącznika startowego. W przypadku silnika sprawdź także napięcie na kondensatorze, gdy silnik pracuje. Jeżeli przekracza wartość znamionową, żywotność kondensatora ulega skróceniu.
Używaj serii, jeśli potrzebujesz wyższego napięcia roboczego niż może zapewnić pojedynczy kondensator lub gdy potrzebujesz znacznie mniejszej wartości pojemności. W wysokonapięciowych łączach prądu stałego banki szeregowe są standardem, ale zawsze należy dodać rezystory równoważące, aby prądy upływowe nie polaryzowały jednego kondensatora bardziej niż drugiego.
Podłącz kondensator do wyjścia prostownika. Przewód dodatni powinien być podłączony do strony anody wyjścia, czyli zacisku, a przewód ujemny do strony katody, czyli masy. Dodaj równolegle mały kondensator foliowy, aby zredukować szumy o wysokiej częstotliwości, a obszar pętli powinien być mały, aby zapewnić kompatybilność elektromagnetyczną.
Długi przewód zwiększa indukcyjność i może podnieść skok napięcia podczas przełączania. W zastosowaniach silnikowych kondensator należy trzymać jak najbliżej skrzynki zaciskowej silnika. W przypadku wentylatora lub pompy typowa odległość wynosi mniej niż jeden metr; poza tym znaczenie ma przekrój drutu i rezystancja przewodu.
Kondensatory elektrolityczne mogą stracić pojemność, jeśli są przechowywane przez lata bez napięcia. Stopniowe przyłożenie napięcia znamionowego, zwane reformowaniem, może przywrócić warstwę tlenku. Kondensatory foliowe, takie jak CBB60/CBB61/CBB65, mają znacznie dłuższy okres trwałości i generalnie nie wymagają reformowania.
Tak. W większości konstrukcji zasilaczy zacisk ujemny jest wspólną masą. Jeśli podłączysz zacisk dodatni do masy, a zacisk ujemny do strony wysokiego napięcia, kondensator będzie spolaryzowany odwrotnie i może ulec awarii. Przed okablowaniem sprawdź schemat.
Podłącz prawidłowo spolaryzowany kondensator i przestrzegaj ograniczenia napięcia. W przypadku obwodów prądu przemiennego lub silnika należy używać niepolaryzowanych kondensatorów silnika i postępować zgodnie ze schematem połączeń wydrukowanym na starej części. W przypadku obwodów prądu stałego lub zasilania wysokiego napięcia należy dodać rezystory równoważące i ścieżkę rozładowania. W przypadku naprawy silnika skopiuj pojemność, napięcie, temperaturę i tolerancję. Poczekaj, aż napięcie szczątkowe spadnie i sprawdź montaż mechaniczny. Dobre połączenie to nie tylko schematyczny symbol; chodzi o przewód, wspornik, terminal i środowisko.