المكثف الكهربائي هو جهاز يمكنه تخزين الشحنات والطاقة من مجال كهربائي. يتكون بشكل أساسي من زوج من الموصلات (لوحات) مفصولة بطبقة عازلة. دائمًا ما يكون سمك العازل أصغر بكثير من حجم الألواح. في الدوائر الكهربائية المكافئة ، يُشار إلى المكثف بقطعتين متوازيتين عموديتين (II).
الكميات الأساسية ووحدات القياس
هناك عدة كميات أساسية تحدد المكثف. إحداها سعتها (الحرف اللاتيني C) ، والثانية هي جهد التشغيل (اللاتينية U). تُقاس السعة الكهربائية (أو ببساطة السعة) في نظام SI بالفاراد (F). علاوة على ذلك ، كوحدة للسعة ، 1 فاراد - هذا كثير - لا يستخدم في الممارسة العملية. على سبيل المثال ، تبلغ الشحنة الكهربائية لكوكب الأرض 710 ميكروفاراد فقط. لذلك ، يتم قياس السعة الكهربائية للمكثفات في معظم الحالات بكميات مشتقة من الفاراد: في بيكوفاراد (pF) بقيمة سعة صغيرة جدًا (1 pF=1/106F) ، في الميكروفاراد (µF) بقيمته الكبيرة بدرجة كافية (1 uF=1/106F). من أجل حساب السعة الكهربائية ، من الضرورياقسم كمية الشحنة المتراكمة بين الألواح على معامل فرق الجهد بينهما (الجهد عبر المكثف). شحنة المكثف في هذه الحالة هي الشحنة المتراكمة على إحدى لوحات الجهاز المعني. في موصلين للجهاز ، يكونان متطابقين في المعامل ، لكنهما يختلفان في الإشارة ، لذا فإن مجموعهما دائمًا يساوي صفرًا. تُقاس شحنة المكثف بوحدة الكولوم (C) ، ويُشار إليها بالحرف Q.
الجهد على الاجهزة الكهربائية
واحدة من أهم معلمات الجهاز التي ندرسها هي جهد الانهيار - فرق الجهد بين موصلي المكثف ، مما يؤدي إلى الانهيار الكهربائي للطبقة العازلة. يتم تحديد الحد الأقصى للجهد الذي لا يوجد فيه انهيار للجهاز من خلال شكل الموصلات وخصائص العازل وسمكه. ظروف التشغيل التي يكون فيها الجهد على لوحات الأجهزة الكهربائية قريبًا من جهد الانهيار غير مقبول. جهد التشغيل العادي على المكثف أقل بعدة مرات من جهد الانهيار (مرتين إلى ثلاث مرات). لذلك ، عند الاختيار ، انتبه إلى الجهد والسعة المقدرة. في معظم الحالات ، يتم الإشارة إلى قيمة هذه الكميات على الجهاز نفسه أو في جواز السفر. إن تضمين مكثف في الشبكة لجهد يتجاوز الجهد الاسمي يهدد بالانهيار ، ويمكن أن يؤدي انحراف قيمة السعة عن القيمة الاسمية إلى إطلاق توافقيات أعلى في الشبكة وزيادة سخونة الجهاز.
مظهر المكثفات
تصميم المكثفات يمكن أن يكونالأكثر تنوعًا. يعتمد على قيمة السعة الكهربائية للجهاز والغرض منه. يجب ألا تتأثر معلمات الجهاز قيد الدراسة بالعوامل الخارجية ، وبالتالي ، يتم تشكيل الألواح بطريقة تتركز فيها المجال الكهربائي الناتج عن الشحنات الكهربائية في فجوة صغيرة بين موصلات المكثف. لذلك ، قد تتكون من دائرتين متحدة المركز ، أو لوحين مسطّحين ، أو أسطوانتين متحدتين المحور. لذلك يمكن أن تكون المكثفات أسطوانية وكروية ومسطحة حسب شكل الموصلات.
مكثفات دائمة
وفقًا لطبيعة التغيير في السعة الكهربائية ، يتم تقسيم المكثفات إلى أجهزة ذات سعة ثابتة أو متغيرة أو قادين. دعنا نلقي نظرة فاحصة على كل نوع من هذه الأنواع. الأجهزة التي لا تتغير سعتها أثناء التشغيل ، أي أنها ثابتة (قيمة السعة لا تزال تتقلب ضمن الحدود المقبولة اعتمادًا على درجة الحرارة) هي مكثفات ثابتة. كما توجد أجهزة كهربائية تغير سعتها الكهربائية أثناء التشغيل ، ويطلق عليها المتغيرات.
ماذا تعتمد C في مكثف على
تعتمد السعة الكهربائية على مساحة سطح موصلاتها والمسافة بينها. هناك عدة طرق لتغيير هذه الإعدادات. ضع في اعتبارك مكثفًا يتكون من نوعين من الألواح: متحرك وثابت. تتحرك الصفائح المتحركة بالنسبة إلى الألواح الثابتة ، ونتيجة لذلك تتغير سعة المكثف. تستخدم النظائر المتغيرة لضبط التناظريةالأجهزة. علاوة على ذلك ، يمكن تغيير السعة أثناء التشغيل. تستخدم مكثفات الانتهازي في معظم الحالات لضبط معدات المصنع ، على سبيل المثال ، لتحديد السعة تجريبياً عندما يكون الحساب مستحيلاً.
مكثف في الدائرة
يقوم الجهاز المعني في دائرة التيار المستمر بإجراء تيار 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 خلاله. عندما يكون الجهاز متصلاً بدائرة تيار متناوب ، فإن عمليات تفريغه وشحنه تتناوب مع بعضها البعض. فترة تناوبهم تساوي فترة تذبذب الجهد الجيبي المطبق.
خصائص المكثفات
يمكن أن يكون المكثف ، اعتمادًا على حالة المنحل بالكهرباء والمادة التي يتكون منها ، جافًا ، سائلًا ، أكسيد شبه موصل ، أكسيد فلز. يتم تبريد المكثفات السائلة جيدًا ، ويمكن أن تعمل هذه الأجهزة تحت أحمال كبيرة ولها خاصية مهمة مثل الشفاء الذاتي للعزل أثناء الانهيار. تتميز الأجهزة الكهربائية من النوع الجاف بتصميم بسيط إلى حد ما ، وفقدان أقل للجهد وتيار التسرب. في الوقت الحالي ، فإن الأجهزة الجافة هي الأكثر شيوعًا. الميزة الرئيسية للمكثفات الإلكتروليتية هي التكلفة المنخفضة والحجم الصغير والقدرة الكهربائية العالية. نظائر الأكسيد قطبية (الاتصال غير الصحيح يؤدي إلى الانهيار).
كيفية الاتصال
توصيل مكثف بدائرة تيار مستمر كما يلي: موجب (أنود) للمصدر الحالي متصل بالإلكترود المغطى بغشاء أكسيد. قد يؤدي عدم الامتثال لهذا المطلب إلى انهيار العازل. ولهذا السبب ، يجب توصيل المكثفات السائلة بدائرة ذات مصدر تيار متناوب ، 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 مباشر وجيبي. لكن في كلتا الحالتين ، تصبح السعة الناتجة نصف المقدار. المكثفات الكهربائية أحادية القطب كبيرة الحجم ، ولكن يمكن تضمينها في دوائر التيار المتردد.
التطبيق الرئيسي للمكثفات
يمكن سماع كلمة "مكثف" من العاملين في مختلف المؤسسات الصناعية ومعاهد التصميم. بعد التعامل مع 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 RFC (تفريغ الشبكة من التدفقات غير المرغوب فيها) ، مما يقلل من تكاليف الكهرباء ويوفر منتجات الكابلات ويوفر كهرباء بجودة أفضل للمستهلك. يوفر الاختيار الأمثل للطاقة وطريقة ومكان توصيل مصادر الطاقة التفاعلية (Q) في شبكات أنظمة الطاقة الكهربائية (EPS)تأثير كبير على الأداء الاقتصادي والفني لربح السهم. هناك نوعان من KRM: عرضي وطولي. مع التعويض المستعرض ، يتم توصيل بنوك المكثف بقضبان التوصيل للمحطة الفرعية بالتوازي مع الحمل وتسمى التحويلة (SHBK). مع التعويض الطولي ، يتم تضمين البطاريات في قطع خط الطاقة وتسمى SPC (أجهزة التعويض الطولي). تتكون البطاريات من أجهزة فردية يمكن توصيلها بطرق مختلفة: مكثفات متصلة في سلسلة أو متوازية. مع زيادة عدد الأجهزة المتصلة على التوالي ، يزداد الجهد. يستخدم APC أيضًا لموازنة الأحمال على مراحل ، وزيادة إنتاجية وكفاءة القوس والأفران الحرارية (عندما يتم تشغيل APC من خلال محولات خاصة).
على الدوائر المكافئة لخطوط نقل الطاقة ذات الفولتية التي تزيد عن 110 كيلو فولت ، يُشار إلى التوصيل السعوي إلى الأرض على أنه مكثفات. يرجع مصدر الطاقة للخط إلى السعة بين الموصلات في المراحل المختلفة والسعة التي شكلها سلك الطور والأرض. لذلك ، لحساب أوضاع تشغيل الشبكة ، ومعلمات خطوط نقل الطاقة ، وتحديد أماكن الأضرار التي لحقت بالشبكة الكهربائية ، يتم استخدام خصائص المكثف.
المزيد من التطبيقات
أيضًا ، يمكن سماع هذا المصطلح من عمال السكك الحديدية. لماذا يحتاجون المكثفات؟ في القاطرات الكهربائية وقاطرات الديزل ، تُستخدم هذه الأجهزة لتقليل شرارة ملامسات الأجهزة الكهربائية ، وتخفيف التيار النابض الناتج عن المقومات والنبضات.بالإضافة إلى إنشاء جيل من الجهد الجيبي المتماثل المستخدم لتشغيل المحركات الكهربائية.
ومع ذلك ، غالبًا ما تُسمع هذه الكلمة من شفاه هواة الراديو. لماذا يحتاج المكثفات؟ في الهندسة الراديوية ، يتم استخدامها لإنشاء تذبذبات كهرومغناطيسية عالية التردد ، وهي جزء من مرشحات التنعيم وإمدادات الطاقة ومكبرات الصوت ولوحات الدوائر المطبوعة.
في علبة القفازات لكل سائق سيارة يمكنك أن تجد زوجًا من هذه الأجهزة الكهربائية. لماذا تحتاج السيارة المكثفات؟ هناك يتم استخدامها في معدات تضخيم الأنظمة الصوتية لاستنساخ صوت عالي الجودة.
