Номинальная емкость и допуск

ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

☺ Конденсатор – это устройство, предназначенное для получения необходимых величин электрической емкости и способное накапливать и отдавать (перераспределять) электрические заряды.

Конденсатор состоит из двух (в ряде конструкций – из нескольких) проводящих тел (обкладок), разделенных диэлектриком. Как правило, расстояние между обкладками, равное толщине диэлектрика, мало по сравнению с линейными размерами обкладок. Поэтому электрическое поле, возникающее при подключении обкладок к источнику внешнего напряжения U, практически полностью сосредоточено между обкладками.

Как следует из определения, важнейшей характеристикой конденсатора является его емкость, которая в единицах СИ измеряется в фарадах (Ф). На практике используются более мелкие единицы емкости: микрофарада (мкФ), нанофарада (нФ) и пикофарада (пФ):

1 Ф = 10⁶ мкФ = 10⁹ нФ = 10¹² пФ.

Емкость конденсатора зависит от диэлектрической проницаемости рабочего диэлектрика ε, конструкции конденсатора и его геометрических размеров. Емкость плоского конденсатора, представляющего собой две плоские параллельные металлические пластины, разделенные диэлектриком, определяется по формуле:

[пФ, см, см²], (1.1)

где S - площадь обкладки,

d - толщина диэлектрика,

ε - диэлектрическая проницаемость рабочего диэлектрика.

Номинальная емкость и допуск

Емкость, значение которой указано на конденсаторе или в сопроводительной документации, называют номинальной емкостью.Номинальные значения емкостей стандартизированы и выбираются из определенных рядов чисел. В отечественной практике наиболее часто используются ряды ЕЗ, Е6, Е12 и Е24 по ГОСТ28884-90 (МЭК 63 – 63).

Фактические значения емкостей конденсаторов могут отличаться от номинальных в пределах допустимых отклонений (допусков), которые приводятся в нормативно-технической документации в процентах.

Наряду с номинальной емкостью, для конденсатора обязательно указывается значение напряжения, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Это значение напряжения называется номинальным напряжением.

Величина номинального напряжения зависит от физических свойств материалов, используемых в конструкции конденсатора, и самой конструкции. Оно устанавливается с необходимым запасом по отношению к пробивному напряжению диэлектрика, исключающим деградацию его свойств в течение гарантированного срока службы.

Эквивалентная схема конденсатора.

На рис. 1 изображена эквивалентная схема конденсатора.

Рис. 1 – Упрощенная эквивалентная схема конденсатора

Номинальная емкость С шунтирована резистором изоляции R_ИЗ, являющимся сопротивлением диэлектрика. Второй резистор RS (эквивалентное последовательное сопротивление, ESR) и индуктивность L (эквивалентная последовательная индуктивность, ESL) определяются, соответственно, сопротивлением и индуктивностью выводов и обкладок. И, наконец, сопротивление и емкость моделируют эффект в конденсаторах, известный как диэлектрическая абсорбция.

Сопротивление изоляции конденсатора R_ИЗ– сопротивление конденсатора постоянному току определенного напряжения. Данный параметр измеряется при напряжениях 10, 100 и 500 В соответственно для конденсаторов с номинальным напряжением до 100 В, 100 - 500 В и свыше 500 В. Величина сопротивления изоляции конденсатора определяется, главным образом, электроизоляционными свойствами рабочего диэлектрика (его удельным сопротивлением). Наибольшие значения сопротивления изоляции имеют пленочные конденсаторы ( ), а наименьшие – оксидные конденсаторы ( ).

Для оксидных и некоторых других типов конденсаторов сопротивление постоянному току характеризуют другим, сопряженным с R_ИЗ параметром, – током утечки 1_ут, т.е. током, проходящим через конденсатор при постоянном напряжении на его обкладках. Измерение тока утечки проводят через 1–5 минут после подачи на конденсатор номинального напряжения. Как и сопротивление изоляции, этот параметр определяется, главным образом, изоляционными свойствами рабочего диэлектрика в конденсаторе. Отметим, что в силу характерного для конденсаторов явления падения тока со временем измеренные указанным образом I_ут и R_H3=U/I_yT могут на 2 - 3 порядка отличаться от установившихся значений (I_ут в большую, a R_И3 - в меньшую сторону). В этой связи часто различают "измеренные" и "истинные" значения 1_ут и R_И3. Последние определяются в результате долговременной выдержки конденсатора под напряжением или при использовании специальных измерительных методик, позволяющих сократить длительность спада тока со временем.

Для пленочных, керамических и некоторых других конденсаторов качество изоляции часто выражают еще одной величиной – постоянной времени собственного разряда в секундах:

Значение этой постоянной может лежать в диапазоне от одной секунды (алюминиевые и танталовые конденсаторы) до сотен секунд (керамические конденсаторы). Лучшими характеристиками по этому параметру обладают фторопластовые, полистирольные и полипропиленовые конденсаторы, у которых постоянная времени может превышать миллион секунд.

Потери энергии в конденсаторахобычно нормируются величиной тангенса угла потерь tgδ,характеризующий рассеяние электрической энергии в конденсаторе, связанное с переходом этой энергии в тепловую (нагревом конденсатора) и рассеянием в окружающей среде. Напомним, что δ – угол потерь, дополняющий до 90° угол сдвига между током и напряжением в цепи конденсатора и отличный от нуля в силу наличия у реального диэлектрика конечного, а у обкладок – отличного от нуля сопротивления постоянному току и запаздывания поляризации диэлектрика по отношению к изменению внешнего поля. Значение tgδ при заданных внешних условиях зависит от свойств диэлектрика (на не слишком высоких частотах) и материала обкладок. Определяющими величину tgδ процессами в диэлектрике являются его электропроводность и релаксационная поляризация.