ТЕМА:

Продолжим про конденсаторы
Про Конденсаторы, где и как их применять

Ниже по тексту речь пойдет о применении неполярных конденсаторов.
В мире нет ничего идеального, и к конденсаторам это тоже относится. Любому конденсатору по мимо основного своего параметра - сосредоточенной емкости, присущи еще и паразитные параметры, из за которых конденсатор не могет быть идеальным.
Так, основные паразитные параметры конденсаторов показаны на рисунке ниже, и обозначены.



Rs - это эквивалентное последовательное сопротивление, в англоязычной тех.док. именуется как ESR. В основном это омическое сопротивление контактов конденсатора + омическое сопротивление самих пластин - электродов. Максимальный ток, который конденсатор в принципе способен пропустить через себя ( отдать в нагрузку, либо зарядиться от внешнего источника )ограничен на половину этим сопротивлением.
Ls - это эквивалентная последовательная индуктивность, в англоязычной тех.док. именуется как ESL. В основном эта индуктивность состоит из индуктивности выводов конденсатора + индуктивность самих электродов. Электроды хоть и плоские но все равно обладают маленькой индуктивностью.
Rp - параллельное сопротивление конденсатора. Это активное омическое сопротивление между контактами конденсатора. Ток утечки конденсатора "обусловлен" этим сопротивление. При этом под воздействием разных внешних факторов ( электрическое поле, тепло ) Rp может плыть в ту или иную сторону.
C - это непосредственно наша сосредоточенная емкость.

Далее, пока между обкладками конденсатора есть хоть какая то разница потенциалов, конденсатор проводит через себя ток, отрицательные заряды скапливаются на одной обкладке, положительные на другой.
Здесь также следует напомнить один "постулат" который многие на наших форумах не понимают, из за чего часто пишут такую хрень, что дурно становится.
Незаряженный конденсатор подключенный к источнику внешнего напряжения представляет из себя перемычку - КЗ.
В момент подключения пустого конденсатора к внешнему источнику, в цепи возникает бросок тока, тока заряда конденсатора, и величина этого тока ограниченна ( в пределах конденсатора ) только его внутренним сопротивлением Rs и немного Ls.
Суммарный последовательный импеданс(полное последовательное сопротивление) конденсатора считается как Z_C = Rs + X_Ls, где X_Ls = это индуктивное реактивное сопротивление = 2pi*F*Ls.

Форма тока и напряжения при заряде конденсатора от внешнего источника имеет следующий вид:



Эти графики соответствуют идеальным измерениям. В реальности же, в зависимости от того на сколько у вас прямые руки аккуратно вы подключили свою измерительную цепь - графики могут слегка отличаться. Но отличия эти вызваны исключительно внешними паразитными параметрами как цепи подключения конденсатора так и измерительной цепи.
Пожалуйста, учитесь правильно измерять, повышайте свою культуру измерений. 99,9999% БТГ которые возникают периодически на наших форумах - вызваны кривыми измерениями авторов этих БТГ
Так возникают целые "секты и культы" людей верящих в то или иное устройство.

Далее, конденсаторы проводят переменный ток, следовательно для переменного тока конденсаторы обладают относительно низким сопротивлением. То есть, если мы возьмем конденсатор, подключим последовательно с ним лампочку и включим "это" в цепь с переменным напряжением, лампочка будет всегда гореть. Конденсатор будет вечно перезаряжаться .. "туда - обратно", дрыгая заряды то в одну, то в другую сторону, поддерживая через себя ток.
Сопротивление конденсатора переменному току называется емкостным реактивным сопротивлением, и считается как X_c = 1/ 2*pi*F*C.
Чем больше частота тока в цепи конденсатора, либо чем больше емкость конденсатора - тем меньше реактивное сопротивление этого конденсатора, из формулы это хорошо видно.
Простой пример - можно ли включить маленькую лампочку на 12В и мощностью в 1Вт в сеть 220В, через конденсатор чтоб лампочка горела и не перегорала ? - можно, нужно только воткнуть последовательно с лампочкой конденсатор такой емкости, при которой в цепи конденсатора при напряжении в 208ВВ и частоте 50Гц будет протекать ток в 1Вт/208В = 0,0048А.
Как это посчитать - просто. Внешнее напряжение 220В частотой 50Гц, при этом нам нужно чтоб на лампочке падало только 12В, а остальное напряжение ( 220 - 12 = 208) падало на конденсаторе. Конденсатор на переменном токе - это как резистор, следовательно нам нужно посчитать номинал этого резистора, включенного последовательно с лампочкой.
208В / 0,0048А = 43,3КОм - таким реактивным сопротивлением должен обладать наши конденсатор на частоте 50Гц.
Далее X_C = 1/2 * 3.14 * F * C, откуда C = 1/ ( 2*pi*F*X_c) = 1/(2 * 3.14 * 50 * 43300) = 0.000 000 0735F или 73,5nF.
Вот и весь расчет. Кто не верит, может спокойно брать и проверять. Это работает именно так, только так и никак по другому.

Далее. Если Rs конденсатора не зависит от частоты тока в его цепи, то индуктивное сопротивление X_Ls растет вместе с ростом частоты тока в цепи конденсатора. Чем больше частота тока в цепи конденсатора, тем сильней X_Ls ограничивает этот ток, тем большая доля внешне приложенного напряжения падает на X_Ls и меньшая на самой емкости. В конце концов на какой-то частоте индуктивное сопротивление конденсатора становится соизмеримым с его емкостным сопротивлением, и конденсатор перестает работать как конденсатор.
Для примера возьмем документацию на керамический чип-конденсатор C4532C0G2J473J320, и глянем на график описывающий зависимость его реактивного сопротивления от частоты.



Смотрим на Z - красный график, до частоты в 10МГц - импеданс линейно уменьшается, далее до частоты в 11МГц реактивное сопротивление становится эквивалентным сопротивлению Rs, а еще дальше по частоте индуктивное сопротивление конденсатора становится большим чем его емкостное - и суммарное сопротивление Rs + X_Ls начинает преобладать над емкостным, и тогда полный импеданс ( полное сопротивление ) конденсатора начинает расти вместе с частотой.
Какой вывод из этого следуется - конденсатор работает конденсатором только до определенной частоты, до которой его емкостное сопротивление больше чем сумма сопротивлений Rs + X_Ls. И такая хрень происходит со всеми конденсаторами.

Чтобы найти ответ, надо поковыряться в химии и в технологии изготовления электролитических конденсаторов.
Если читать доступную литературу, то, к сожалению, можно найти инфу только в общих чертах - технологию все хранят в секрете. А ещё больший секрет - формула электролита.
Из всего этого возникает больше вопросов, чем ответов.
Из доступного:
В алюминиевых электролитических конденсаторах роль диэлектрика выполняет оксид алюминия Al₂O₃.
Плюсовая обкладка - оксидированная, оксидированной стороной внутрь. Далее следует пористая матрица, пропитанная электролитом, и далее - не оксидированная обкладка - минус.
При правильном включении электроны скапливаются в электролите, но перепрыгнуть через оксид алюминия не могут.
При неправильном включении они преодолевают оксид алюминия и порождают реакцию его разрушения в месте контакта с электролитом. Т.е. явление прохождения тока через неправильно включенный электролит связано с электрохимическими реакциями в слое оксид алюминия-электролит. Оксид алюминия при этом переходит в соли алюминия, разрыхляется, и перестает выполнять барьерные функции.
Для того, чтобы слой самовосстанавливался при возврате конденсатора к правильному включению - специально подбирается состав электролита. Но его формула - секрет. Я не нашел.
На вопрос, почему возникает барьер в слое между оксидом алюминия и электролитом - ответ я тоже не нашел.
Из практики, например, известно, что оксидированный провод из алюминия прекрасно образует проводящий контакт - все провода в линиях ЛЭП - из алюминия. И все поверхности у них оксидированные. Но ничего, контачат же!
С какого перепуга оксид алюминия образует диэлектрический переход при контакте с электролитом - не понятно. Причем, как мы видим, - этот переход не симметричный по отношению к его электрохимической устойчивости. Почему? Что там за химия такая?
В инете я не нашел - глубоко никто не копает.
Вопросов больше, чем ответов.

jay80 пишет: Тема исчерпана

Слава Богу.

sector+ пишет: На вопрос, почему возникает барьер в слое между оксидом алюминия и электролитом - ответ я тоже не нашел.
Из практики, например, известно, что оксидированный провод из алюминия прекрасно образует проводящий контакт - все провода в линиях ЛЭП - из алюминия. И все поверхности у них оксидированные. Но ничего, контачат же!

Оксид алюминия - он же корунд, является изолятором - он сам по себе и есть барьер.
Провода в линиях ЛЭП проводят при механическом контакте потому что слой окиси на них тонкий, а электрические потенциалы там огромные. Эта окись тупо разрушается в местах соединений.
Возьмите любую алюминиевую проволочку и ткнитесь в неё прозвонкой - мультиметром - увидите что сопротивление будет низким. Далее, нагрейте концы этой проволочки зажигалкой либо над газовой плитой до красна, и снова аккуратно ткнитесь прозвонкой - померьте сопротивление, только механически сильно не давите - сопротивление будет большим, либо оочень большим.
А все потому что на поверхности проводника возникла эта самая непроводящая окись.
Об этом хорошо знают сварщики, которые варят алюминий. Если алюминий перед сваркой не подготовить ( шкуркой не убрать окись ) практически не получится даже зажечь дугу - контакта не будет.

jay80 пишет:
Такой простой опыт,хоть бы кто провел,и ведь ни кто не задумался ,сколько на нагрузке,а там ...я лично удивился

Зачем этот опыт повторять ? в чем его смысл ? вы включили конденсатор наизнанку, ему от этого начало плохеть, в результате его диэлектрик теряет свои барьерные свойства и перестает быть диэлектрик, он начинает пропускать ток. Его емкость падает. Все.
Что еще тут непонятно ? почему ток проводит ? - потому что диэлектрик разрушается и превращается в проводник, почему диэлектрик разрушается ? - потому что так ведет себя его химия под действием обратного электрического потенциала.

sector+ пишет: Из практики, например, известно, что оксидированный провод из алюминия прекрасно образует проводящий контакт - все провода в линиях ЛЭП - из алюминия. И все поверхности у них оксидированные. Но ничего, контачат же!

Из практики известно, что оксидированный провод из алюминия НЕ ТАК УЖ и прекрасно образует проводящий контакт - все провода в линиях ЛЭП - из алюминия, И все поверхности у них оксидированные... ничего, контачат...
Но греют себя же эти контакты со всеми вытекающими!

Valavd пишет: Но греют себя же эти контакты со всеми вытекающими!

Никто с этим не спорит. Но факт таков, что никто не предпринимает никаких специальных усилий, чтобы при монтаже проводов ЛЭП удалять оксидную пленку с проводов перед их соединением.
Единственная мера - это делать скрутку длинной, и перед скруткой расплетать жгут и сплетать сращиваемые концы максимально контактно - жила к жиле.
И все.
Про разрушение окиси огромными потенциалами - в первый раз слышу.

Следующий вопрос, который вам должен задать jay80, уважаемые коллеги, это вопрос о том, а почему же тогда не разрушается "неполярный" электролитический конденсатор?
Почему два встречно включенных электролитических конденсатора можно использовать как неполярный конденсатор?

Ведь каждый из них попеременно (в цепи переменного тока) будет оказываться под неправильно подключенным к нему напряжением, а, следовательно, разрушаться.
Но по факту - в инете полно рекомендаций использовать такую сборку из полярных конденсаторов как неполярную. Да и промышленность выпускает неполярные электролитические конденсаторы, построенные по такой схеме - с тремя внутренними слоями алюминиевой фольги.
А если спаривать самому, то как их спаривать? Плюсами друг к другу, или минусами?

sector+ пишет:
Следующий вопрос, который вам должен задать jay80, уважаемые коллеги, это вопрос о том, а почему же тогда не разрушается "неполярный" электролитический конденсатор?
Почему два встречно включенных электролитических конденсатора можно использовать как неполярный конденсатор?

Такое включение электролитических конденсаторов можно применять только в сигнальных цепях, когда ток проходящий через конденсатор существенно меньше его номинального тока. К примеру, если у вас конденсатор рассчитан на ток в 10А, тогда величина несмертельного переменного тока для него будет лежать в пределе десятков мА, то есть 10 - 100мА.
Дадите больше тока- и начнется его разрушение с саморазогревом. Собственно тоже самое что и с включением полярного конденсатора наоборот на постоянном токе. В обратном включении полярный конденсатор потянет какие то 1/100 доли тока от своего номинала, если подадите больше - ему плохеть начнет по экспоненциальной кривой.
Не верите ? - легко проверить - возьмите два электролитических полярных конденсатора с номиналами 400В и емкость 100 -200мкф, соедините их по схеме неполярного и воткните в розетку. Желательно предварительно одеть беруши.

Для защиты от пробоя каждый последовательно встречно включенный электролит шунтируют диодом.

jay80 пишет: При таком подключении верхний конденсатор заряжается на халяву!
Что с ним ,что без моторчик потребляет 13в и 34мА

ВНИМАНИЕ: Спойлер!

Вложение не найдено

Вы сами не видите что верхний по схеме вашей конденсатор включен "правильно" и по этому он тупо зарядился один раз при первом включении .. и далее не участвует в работе, весь ток протекает через неправильно включенный конденсатор.
Ничего не происходит на халяву.

Продолжим про конденсаторы.
Почему разные конденсаторы по разному поглощают импульсы
Крайне "болезненным" для изобретателей занимающихся поиском СЕ - является вопрос - как максимально эффективно поглощать различные импульсы конденсаторами.
Для того чтоб максимально полно ответить на этот вопрос, нужно глянуть эквивалентную схему конденсатора.


Как уже было сказано ранее, у конденсатора есть два основных паразитных параметра, которые ограничивают ток в его цепи, это ESR ( внутреннее сопротивление) и ESL ( внутренняя индуктивность).
Если ESR является константной величиной вне зависимости от того, какой крутой фронт подан на конденсатор, то ESL ограничивает ток тем больше - чем круче фронт импульса поданного на конденсатор.
Чтоб лучше в это въехать - удобно конденсатор рассматривать как цепочку и трех резисторов, включенных последовательно - получается этакой делитель напряжения, ESR + ESL + сама емкость как реактивное сопротивление.
Когда мы подключаем пустой конденсатор к какому то источнику напряжения, это самое напряжение делится на всех трех составляющих конденсатора согласно их величине сопротивления. Исходя из этого можно вывести сааамое главное правило, соблюдение которого позволит максимально эффективно поглощать импульсы:
Для того чтоб конденсатор максимально эффективно поглощал либо отдавал энергию в импульсной форме, необходимо подбирать конденсаторы с как можно меньшими ESR и ESL.
Кроме этого, необходимо оптимизировать не только сам конденсатор, но и все подводящие к нему цепи, так чтоб они также обладали минимальным ESR и ESL.
Для наглядности вышесказанного я промоделировал одну схему, в которой конденсатор подключен к источнику импульсного сигнала с относительно крутыми фронтами. Моделирование провел для двух вариантов:
а) В первом варианте используется конденсатор с большим внутренним сопротивлением ESR и большой собственной индуктивностью ESL.


На графике - зеленый луч, это импульс который формирует источник сигнала. Импульсы формируются с фронтами в 300нС. Красный луч - это напряжение на непосредственной емкости С.
Резистор - ESR, это внутреннее сопротивление конденсатора, а индуктивность ESL - это соответственно модель паразитной индуктивности конденсатора.
Обратите внимание что при такой конфигурации ESR и ESL, конденсатор ( напряжение на емкости С - точка В на схеме ) не успевает зарядиться до напряжения внешнего источника. Другими словами, конденсатор с такими параметрами не сможет достаточно эффективно поглощать импульсы напряжения со скоростью изменения в 300нС.

б) Во втором варианте, используется конденсатор с меньшими ESR и ESL, в результате емкость успевает зарядиться до полного напряжения внешнего импульса.

Почему во втором случае продолжается заряд до максимума, если импульс пошел на спад раньше?
Инерция?

berserk пишет: Почему во втором случае продолжается заряд до максимума, если импульс пошел на спад раньше?
Инерция?

Из за индуктивности ESL, пока по ней протекает ток, она накапливает энергию, какой бы маленькой она не была,как только ток начинает спадать - это индуктивность возвращает в цепь все что запасла.

Вообще надо схемку пересобрать, чтоб было более наглядно, ибо тут на первый взгляд не совсем очевидно.
Сделаю.

Измеритель ESR конденсаторов (обзор 3-х схем)

....mysku.ru/blog/aliexp...37112.html Зачем мучатся!? У меня такой, очень доволен! Особенно полевые транзисторы мощные и IGBT подбирать и проверять при ремонте сварочных инверторов очень помогает!

Вопрос такого харрактера, относится он к электротехнике или как?
Почему происходит просадка напряжения при подключении нагрузки или КЗ режиме, возрастание тока в цепи и усиление гудения трансформатора? Ну пока хватит.