Конденсаторы являются важным пассивным компонентом электрических цепей из-за их широкого спектра применения. Кроме того, необходим выбор подходящего типа конденсатора для цепи, поскольку конденсаторы делятся на разные типы в зависимости от их структуры и состава. Пленочный конденсатор — один из типов конденсаторов, который имеет длительный срок хранения, низкую самоиндукцию и способен поглощать скачки напряжения в цепях, не повреждаясь.
Контур:
Что такое пленочный конденсатор
Конструкция и работа пленочного конденсатора
Типы пленочных конденсаторов
Функция самовосстановления пленочных конденсаторов
Демпфирующая цепь
Силовые фильтры
Фильтры электромагнитных помех
Заключение
Что такое пленочный конденсатор
Пленочный конденсатор — это конденсатор, в котором в качестве диалектического соединения между пластинами используется пластиковая пленка, что делает его менее дорогим и сохраняет его характеристики постоянными в течение более длительного времени. Эта пластиковая пленка довольно тонкая, ее толщина составляет один микрометр. Этот конденсатор подпадает под категорию неполяризованных конденсаторов, что делает его весьма полезным в цепях переменного тока. Пленочные конденсаторы выдерживают перенапряжение, вдвое превышающее номинальное напряжение.
Конструкция и работа пленочного конденсатора
В пленочных конденсаторах используются различные типы пластиковых пленок, которые имеют разные характеристики, например, полипропиленовая пленка обеспечивает более высокое сопротивление изоляции и подходит для цепей с более высокими токами. Кроме того, полипропиленсульфид обладает высокой термостойкостью и хорошими тепловыми характеристиками, но стоит дорого. Итак, вот типы пленок с их характеристиками, которые используются в качестве диэлектрика в пленочных конденсаторах:
Тип пленочных конденсаторов
Теперь, в зависимости от материала диэлектрической пленки пленочного конденсатора, его характеристики сильно различаются, поэтому вот таблица, в которой показаны характеристики пленочных конденсаторов на основе различных типов изоляционного материала:
Чтобы дополнительно проиллюстрировать конструкцию конденсаторов, можно выделить два типа пленочных конденсаторов: один — пленочно-фольговый, а другой — металлические конденсаторы или конденсаторы, осаждаемые из паровой фазы:
Фольгированные пленочные конденсаторы
Конденсатор этого типа имеет электроды, изготовленные из металлической фольги и зажатые между пластиковой фольгой диэлектрика. Это пленочные конденсаторы намотанного типа, которые могут быть индуктивными или неиндуктивными, и разница между ними заключается в том, что концы целевого индуктивного фольгового пленочного конденсатора перед намоткой напрямую подключены к электродам. В то время как неиндуктивный фольгово-пленочный конденсатор имеет выводы, подсоединенные к торцам.
Неиндуктивные пленочные конденсаторы с фольговым электродом обладают меньшей индуктивностью и имеют высокочастотные характеристики по сравнению с индуктивными. В индуктивном пленочном конденсаторе из фольги металлическая фольга расположена между двумя пластиковыми пленками и не соединена напрямую:
Тогда как в неиндуктивном пленочном конденсаторе из фольги металлические фольги расположены таким образом, что каждая фольга находится на определенной степени от пластиковых пленок диэлектрика:
Металлизированный пленочный конденсатор
Другим типом пленочных конденсаторов является металлизированный пленочный конденсатор, поскольку он имеет тонкий металлический слой, напыленный на одну сторону диэлектрической пластиковой пленки. Этот осажденный слой металла на пластиковой пленке создает довольно тонкий электрод конденсаторов, что делает его намного меньше, чем пленочный конденсатор электродного типа. Эти конденсаторы относятся только к неиндуктивному типу, но могут быть как намотанного, так и ламинированного типа:
Пленочный конденсатор работает так же, как и обычный конденсатор, то есть при подключении к нему источника питания потенциал между двумя электродами начинает расти. Когда заряд на обеих пластинах накопится до их емкости, это означает, что конденсатор полностью заряжен. Кроме того, эти пленочные конденсаторы обладают функцией самовосстановления, что увеличивает срок их хранения.
Функция самовосстановления пленочных конденсаторов
Всякий раз, когда изоляция деметаллизируется из-за сильного тока, высокой температуры или любого перенапряжения, пленочный конденсатор окисляет окружающую осажденную пленку. Это отделяет остальную часть емкости от неисправной и, таким образом, продолжает нормально функционировать:
Однако такая изоляция зоны повреждения от остальной части конденсатора также может со временем уменьшить емкость конденсатора. Кроме того, ниже приведена таблица, показывающая ухудшение емкости конденсатора с течением времени из-за окисления:
Здесь, в таблице выше, синий график показывает емкость без самовосстановления, поскольку деградация может быть чрезвычайно высокой, что приведет к массовому отказу. Если электроды используются с предохранителями в составе пленочных конденсаторов, то кривая деградации будет иметь зеленый цвет.
Если предохранители неправильно подключены к первичному элементу, это может привести к выходу из строя конденсатора, что приведет к быстрой потере емкости. Коричневая кривая соответствует мощному пленочному конденсатору с соответствующими сегментированными электродами, имеющим значительно более высокую плотность из-за пропитки чистым маслом.
Пленочные конденсаторы этого типа сконструированы таким образом, что при работе на номинальных значениях напряжения и тока они не теряют более 2 процентов первоначальной емкости. Вот почему эти пленочные конденсаторы имеют более длительный срок службы, чем конденсаторы других типов, и широко используются в цепях переменного тока.
Пленочные конденсаторы в снабберной цепи
Силовые цепи обычно сталкиваются с скачками тока и напряжения из-за более высоких скоростей изменения напряжения, и для решения таких проблем используются демпфирующие цепи. В основном снабберные схемы содержат пленочные конденсаторы для уменьшения электромагнитных помех и напряжения полупроводников. Пленочный конденсатор может выдерживать более высокую скорость изменения напряжения, что может привести к прохождению через него более высокого тока. Итак, диэлектрическая пластиковая пленка из полипропилена в конденсаторе будет подходящим вариантом, поскольку она способна выдерживать скачки напряжения и тока благодаря низкому эквивалентному последовательному сопротивлению и индуктивности:
Когда МОП-транзистор выключен, конденсатор заряжается через резистор R. 1 и когда МОП-транзистор находится во включенном состоянии, конденсатор разряжается через резистор и землю.
Пленочный конденсатор в качестве сетевых фильтров
Чтобы отфильтровать сигналы в инверторах и двигателях, конденсаторы на выходе пропускают высокие пульсации тока, чтобы снизить уровень скорости изменения напряжения. Это в конечном итоге снижает напряжение и электромагнитное напряжение в системе. Практическая реализация пленочных конденсаторов в качестве фильтра питания представлена ниже на схеме:
При подключении источника переменного тока конденсаторы должны быть неполяризованными, за исключением использования алюминиевых электролитических конденсаторов.
Пленочные конденсаторы как фильтры электромагнитных помех
Для фильтрации электромагнитных помех в цепях используются металлизированные пленочные конденсаторы из-за их режима отказа при разомкнутой цепи и способности выдерживать высокие напряжения. Существует две категории конденсаторов при подключении в силовые цепи в зависимости от их использования. Конденсаторы с маркировкой X — это конденсаторы, которые подключаются между линиями, часто называемые конденсаторами между линиями и нейтралью, и используются для дифференциальной фильтрации электромагнитных помех.
В то время как конденсаторы, которые подключены параллельно земле, относятся к категории Y и часто называются конденсаторами линейного обхода. Эти конденсаторы замыкают провода на землю, что называется режимом общей фильтрации электромагнитных помех. Поскольку эти конденсаторы могут выйти из строя, существуют специальные режимы на случай отказа, то есть при выходе из строя конденсатора X возникает короткое замыкание, приводящее к отключению автоматического выключателя. Более того, если конденсатор Y выйдет из строя, произойдет разрыв цепи, что сведет к минимуму риск поражения электрическим током.
Более того, в случае отказа конденсатора X система будет отключена, а в случае отказа конденсатора Y система продолжит работу, но фильтрация электромагнитных помех будет снижена. Ниже приведена таблица, в которой показаны уровни безопасности конденсаторов в зависимости от их схемных соединений:
Теперь, чтобы дополнительно проиллюстрировать использование пленочных конденсаторов для фильтрации электромагнитных помех, приведем простую цепь переменного тока линии электропередачи, в которой конденсаторы используются в качестве фильтров электромагнитных помех:
Низкая самоиндукция пленочных конденсаторов дает преимущество, поскольку поддерживает высокий резонанс конденсатора. Здесь конденсатор X подключен между линией и нейтралью, тогда как конденсаторы Y подключены между линией и землей.
Заключение
Пленочные конденсаторы имеют большое значение в силовых цепях из-за их различных характеристик, в том числе свойств самовосстановления. Это свойство увеличивает срок хранения конденсатора, а также предотвращает выход из строя системы.
Причем эти пленочные конденсаторы делятся на типы: один — фольговый электрод, другой — металлизированный пленочный конденсатор. Аналогичным образом, пленочные конденсаторы также различаются в зависимости от типа изолирующего материала диэлектрика, поскольку состав диэлектрика влияет на рабочие характеристики пленочного конденсатора. Пленочные конденсаторы из-за номинального тока пульсаций и функции самовосстановления предпочтительнее алюминиевых электролитических конденсаторов.