Конденсатор это источник тока или потребитель

Конденсатор это источник тока или потребитель

КОНДЕНСАТОР КАК АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Викторова И.В., студентка 3-го курса; Чашко М.В., канд. техн. наук, доц
(Донецкий национальный технический университет г. Донецк, Украина)

Работа посвящена электропитанию потребителей, удаленных от магистральных электрических сетей.

Актуальность темы обусловлена возможностью снизить стоимость энергопитания удаленных потребителей использованием автономного питания на основе суперконденсатора.

Проблемы, которые возникают для использования автономных источников энергии, например, солнечной или энергии ветра – это неравномерность солнечного излучения или скорости ветра. Эта проблема решается применением накопителя электроэнергии большой емкости, например, суперконденсатора или сверхпороводникового накопителя.

Цель настоящей работы – предложить схемы и оценить количественно параметры энергоблока для потребителя, удаленного от магистральной электрической сети.

На рисунке представлена схема питания потребителя переменного тока.

Рисунок – Структурная схема комбинированного энергоблока.

Она содержит солнечную батарею 1, регулятор отбора энергии от батареи 2, который состоит из коммутатора и устройства, повышающего напряжение. Последнее необходимо, т.к. количество энергии, запасенной конденсатором, пропорционально квадрату напряжения. В качестве запасника энергии применен электрический конденсатор 3 ИКЭ «ЭКОНД» большой емкости Его энергоемкость составляет 108 Дж/м3 при КПД заряда – разряда 90%. Предусмотрен регулятор 4 передачи энергии в систему, который согласует напряжение конденсатора с напряжением, которое необходимо потребителю. Как правило, потребителем является трехфазная нагрузка переменного тока, поэтому в схему введен автономный инвертор 5, от которого питается нагрузка 6.

Питание потребителя происходит следующим образом. Облучение солнечной батареи 1 вызывает в ее цепи электрический ток, пропорциональный световому потоку. Напряжение каждой ячейки батареи приблизительно 0,5 В, ячейки в батарее могут быть собраны последовательно для увеличения выходного напряжения, но по электрической прочности полупроводниковых элементов выходное напряжение батареи не превышает десятков вольт. Ток батареи поступает в регулятор 2, который повышает его напряжение до сотен вольт и обеспечивает экономичный режим заряда конденсатора 3. В электрическом поле конденсатора энергия накапливается и сохраняется до востребования потребителем. Когда энергию нужно передать в нагрузку, напряжение конденсатора преобразователем 4 снижается до значения напряжения, номинального для потребителя и подается на инвертор 5, которым оно преобразуется в 3-х фазное переменное стандартной частоты.
Специфика солнечной и ветровой энергетики в неравномерности поступления энергии по часам суток и по временам года. Поэтому энергоблок должен быть снабжен еще одним автономным источником.
Дополнительно к солнечной батарее энергоблок содержит ветровую турбину с генератором 7 и преобразователь 8, согласующий напряжения этого генератора и конденсатора. При длительном отсутствии солнечного излучения потребитель получает энергию от ветрового генератора. Для этого генератор 7 вырабатывает энергию на номинальном для него напряжении, преобразователь 8 изменяет напряжение до значения, необходимого для заряда конденсатора, далее процесс передачи энергии потребителю происходит как и при питании от солнечной батареи.
Пространственные параметры солнечной батареи определены для батареи SolarGen. За год на широте Украины батарея может выработать 200 кВт·ч/(год· м2). Считаем, что установленная мощность потребителя 10 кВт и работает 10 часов в сутки. Тогда годовая потребность в электроэнергии потребителя составляет 30 тыс. кВт·ч. Из этого следует, что площадь батареи, необходимая для удовлетворения годовой потребности составляет 150 м2 или квадрат со стороной приблизительно 12 м. Такой размер позволяет расположить солнечную батарею на крыше дома или подсобного помещения.
Выводы. Существует возможность снабжать электроэнергией удаленные от магистральных линий электропередач объекты от солнечных энергоблоков. Целесообразно выполнять энергоблок комбинированным, содержащим, кроме солнечного, электромеханический преобразователь энергии.

Для чего в электрических цепях используются конденсаторы

Электрические конденсаторы широко применяются в электронике и электротехнике. Рассмотрим подробно, для чего в электрических цепях используются конденсаторы.

1. Если конденсатор соединить с катушкой индуктивности или резистором, то такая цепь будет иметь собственные временные (частотные) параметры. Это позволяет создавать цепи фильтров, когда необходимо подавить или наоборот выделить конкретную частоту. Это свойство широко применяется для построения цепей обратной связи и колебательных контуров в электронике и радиотехнике.

2. Как накопитель электрической энергии, конденсатор стал неотъемлемой частью вторичных источников питания, где он заряжается выпрямленным переменным напряжением, сглаживает пульсации, и в результате можно получить почти идеальный постоянный ток.

3. Мгновенный разряд конденсатора создает импульс большой мощности, это свойство получило широкое применение в фотовспышках, импульсных лазерах с оптической накачкой, электромагнитных ускорителях, генераторах Маркса и умножителях напряжения (генератор Кокрофта-Уолтона).

4. Свойство конденсатора сохранять заряд применяется в динамической памяти DRAM, где заряженное состояние соответствует логической единице, а разряженное — логическому нулю.

5. Поскольку конденсатор в цепи переменного тока обладает реактивным сопротивлением, то применим он и в качестве ограничивающего силу тока балласта.

6. Цепь, состоящая из конденсатора и резистора (RC-цепь), обладает собственной постоянной времени, поэтому в различных генераторах импульсов такие цепи служат времязадающими элементами.

7. Установки компенсации реактивной мощности также содержат конденсаторы, обеспечивающие потребитель реактивной мощностью сверх той, что подается энергосистемой в оптимальном режиме.

8. Большая разность потенциалов между обкладками конденсатора делает возможным ускорение заряженных частиц.

9. Даже очень небольшое изменение расстояния между обкладками, или какие-нибудь изменения в диэлектрике сказываются на емкости конденсатора, так создаются измерители малых перемещений, индикаторы уровня жидкости, а также измерители влажности древесины, воздуха, и т.п.

10. В цепях релейной защиты и автоматического повторного включения, конденсаторами задается требуемая кратность срабатываний.

11. Для пуска и работы однофазных асинхронных двигателей, а также для работы трехфазных асинхронных двигателей от однофазной сети, необходимы так называемые фазосдвигающие конденсаторы. С помощью фазосдвигающих конденсаторов можно превратить трехфазный асинхронный двигатель в генератор.

12. Ионисторы (конденсаторы большой емкости) применяются как аккумуляторы электроэнергии в слаботочных бытовых приборах, а ионисторы значительной емкости, набирающие популярность в последние годы, приходят на замену аккумуляторам для различного транспорта.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Знаете ли вы все эти вещи о конденсаторах?

Конденсаторы являются одним из основных компонентов в современной жизни, от большой схемы до небольшой электронной платы, особенно для запуска однофазных двигателей, они нужны всем. Конденсатор — это электронный компонент, который удерживает и высвобождает электрический заряд.

Как работают конденсаторы

Принцип работы конденсаторов очень прост. Например, в водопроводе дома стороне подачи воды приходится проходить большое расстояние и количество воды неизбежно будет то большим, то маленьким временами. Если вода подается непосредственно потребителю, вода будет временами ощущаться больше и меньше. Водопроводная компания обычно строит водонапорную башню через равные промежутки времени. Целью этой водонапорной башни является хранение воды, чтобы нестабильная вода могла стабильно доставляться в каждое домашнее хозяйство.

Эта водонапорная башня соответствует конденсатору в электронике, который накапливает энергию, превращая нестабильное электричество в стабильное электричество для передачи в цепь. Идеальный конденсатор сам не потребляет электрической энергии, он разряжает столько энергии, сколько поглощает. Когда входное напряжение колеблется, конденсатор генерирует ток, когда он заряжается или разряжается, но когда напряжение стабильно, ток не генерируется, что называется «протеканием постоянного тока».

Зарядка конденсатора

Когда две пластины конденсатора соединены с положительной и отрицательной клеммами батареи, две пластины заряжаются одинаковым количеством разного заряда, этот процесс называется зарядкой.

Когда конденсатор заряжен, между двумя пластинами возникает электрическое поле, а разность потенциалов равна U. Электрическая энергия, полученная от источника питания, накапливается в электрическом поле, и эта энергия называется энергией электрического поля. Конденсаторы обладают способностью накапливать заряд и энергию электрического поля.

Разрядка конденсатора

Когда две пластины конденсатора включаются после зарядки, заряды на двух пластинах нейтрализуются, и конденсатор больше не заряжается, этот процесс называется разрядкой, и возникает короткий разрядный ток.

Способы маркировки основных параметров конденсатора

Метод прямой маркировки

Электролитические конденсаторы или более крупные неполярные конденсаторы: номинальная емкость, номинальное напряжение и допустимое отклонение.

Неполярные конденсаторы меньшего размера: номинальная емкость, номинальное напряжение и допустимое отклонение.

Единицы емкости: микрофарад (мкФ), нанофарад (нФ), пикофарад (пФ)

Например: 1p2 для 1,2 пФ; 1n для 1 000 пФ; 10n для 0,01 мкФ; 2 мк2 для 2,2 мкФ.

Метод маркировки цифр

Метод цифровой маркировки обычно состоит из трех цифр, обозначающих емкость конденсатора в пФ. Первые две цифры — это действующие цифры емкости, третья — множитель, но третий множитель равен 9, когда означает ×10-1.

101 означает: 10 × 101=100 пФ

102 означает: 10 × 102=1 000 пФ

103 означает: 10 × 103=0. 01 мкФ

104 означает: 10 × 104=0,1 мкФ

223 означает: 10 × 103=0. 022 мкФ

474 означает: 10 × 104=0. 47 мкФ

159 обозначает: 10 × 10-1=1. 5 пФ

Метод цветового кодирования

Метод цветового кодирования: цветные кольца или точки отмечены на конденсаторе для обозначения емкости и допустимого отклонения.

Метод цветового кодирования с четырьмя кольцами: первое и второе кольца указывают эффективное значение, третье кольцо указывает множитель, а четвертое кольцо указывает допустимое отклонение (для обычных конденсаторов).

Метод цветового кодирования с пятью кольцами: первое, второе и третье кольца указывают допустимые значения, четвертое кольцо указывает множитель, а пятое кольцо указывает допустимое отклонение (для прецизионных конденсаторов).

Например:

Коричневый, черный, оранжевый и золотой обозначают емкость 0,01 мкФ с допустимым отклонением ±5 процентов.

Коричневый, черный, черный, красный, коричневый обозначают емкость 0,01 мкФ с допустимым отклонением ±1 процент.

У нас есть хорошие возможности не только предоставить вам высококачественную машину pnp, но и отличное послепродажное обслуживание.

Хорошо обученные инженеры предложат вам любую техническую поддержку.

10 инженеров мощная команда послепродажного обслуживания может ответить на вопросы и запросы клиентов в течение 8 часов.

Профессиональные решения могут быть предложены в течение 24 часов как в рабочие, так и в праздничные дни.

Добавить: № 18, проспект Тяньцзиху, город Тяньцзиху, уезд Анжи, город Хучжоу, провинция Чжэцзян, Китай.

Конденсатор в цепи переменного тока. Емкостное сопротивление конденсатора.

Мы знаем, что конденсатор не пропускает через себя постоянного тока. Поэтому в электрической цепи, в которой последовательно с источником тока включен конденсатор, постоянный ток протекать не может.

Совершенно иначе ведет себя конденсатор в цепи переменного тока (Рис 1,а).

Рисунок 1. Сравнение конденсатора в цепи переменного тока с пружиной, на которую воздействует внешняя сила.

В течение первой четверти периода, когда переменная ЭДС нарастает, конденсатор заряжается, и поэтому по цепи проходит зарядный электрический ток i, сила которого будет наибольшей вначале, когда конденсатор не заряжен. По мере приближения заряда к концу сила зарядного тока будет уменьшаться. Заряд конденсатора заканчивается и зарядный ток прекращается в тот момент, когда переменная ЭДС пе-рестает нарастать, достигнув своего амплитудного значения. Этот момент соответствует концу первой четверти периода.

После этого переменная ЭДС начинает убывать, одновременно с чем конденсатор начинает разряжаться. Следовательно, в течение второй четверти периода по цепи будет протекать разрядный ток. Так как убывание ЭДС происходит вначале медленно, а затем все быстрее и быстрее, то и сила разрядного тока, имея в начале второй четверти периода небольшую величину, будет постепенно возрастать.

Итак, к концу второй четверти периода конденсатор разрядится, ЭДС будет равна нулю, а ток в цепи достигнет наибольшего, амплитудного, значения.

С началом третьей четверти периода ЭДС, переменив свое направление, начнет опять возрастать, а конденсатор — снова заряжаться. Заряд конденсатора будет происходить теперь в обратном направлении, соответственно изменившемуся направлению ЭДС. Поэтому направление зарядного тока в течение третьей четверти периода будет совпадать с направлением разрядного тока во второй четверти, т. е. при переходе от второй четверти периода к третьей ток в цепи не изменит своего направления.

Вначале, пока конденсатор не заряжен, сила зарядного тока имеет наибольшее значение. По мере увеличения заряда конденсатора сила зарядного тока будет убывать. Заряд конденсатора закончится и зарядный ток прекратится в конце третьей четверти периода, когда ЭДС достигнет своего амплитудного значения и нарастание ее прекратится.

Итак, к концу третьей четверти периода конденсатор окажется опять заряженным, но уже в обратном направлении, т. е. на той пластине, где был прежде плюс, будет минус, а где был минус, будет плюс. При этом ЭДС достигнет амплитудного значения (противоположного направления), а ток в цепи будет равен нулю.

В течение последней четверти периода ЭДС начинает опять убывать, а конденсатор разряжаться; при этом в цепи появляется постепенно увеличивающийся разрядный ток. Направление этого тока совпадает с направлением тока в первой четверти периода и противоположно направлению тока во второй и третьей четвертях.

Из всего изложенного выше следует, что по цепи с конденсатором проходит переменный ток и что сила этого тока зависит от величины емкости конденсатора и от частоты тока. Кроме того, из рис. 1,а, который мы построили на основании наших рассуждений, видно, что в чисто емкостной цепи фаза переменного тока опережает фазу напряжения на 90°.

Отметим, что в цепи с индуктивностью ток отставал от напряжения, а в цепи с емкостью ток опережает напряжение. И в том и в другом случае между фазами тока и напряжения имеется сдвиг, но знаки этих сдвигов противоположны

Емкостное сопротивление конденсатора

Мы уже заметили, что ток в цепи с конденсатором может протекать лишь при изменении приложенного к ней напряжения, причем сила тока, протекающего по цепи при заряде и разряде конденсатора, будет тем больше, чем больше емкость конденсатора и чем быстрее происходят изменения ЭДС

Конденсатор, включенный в цепь переменного тока, влияет на силу протекающего по цепи тока, т. е. ведет себя как сопротивление. Величина емкостного сопротивления тем меньше, чем больше емкость и чем выше частота переменного тока. И наоборот, сопротивление конденсатора переменному току увеличивается с уменьшением его емкости и понижением частоты.

Рисунок 2. Зависимость емкостного сопротивления конденсатра от частоты.

Для постоянного тока, т. е. когда частота его равна нулю, сопротивление емкости бесконечно велико; поэтому постоянный ток по цепи с емкостью проходить не может.

Величина емкостного сопротивления определяется по следующей формуле:

где Хс — емкостное сопротивление конденсатора в ом;

f—частота переменного тока в гц;

ω — угловая частота переменного тока;

С — емкость конденсатора в ф.

При включении конденсатора в цепь переменного тока, в последнем, как и в индуктивности, не затрачивается мощность, так как фазы тока и напряжения сдвинуты друг относительно друга на 90°. Энергия в течение одной четверти периода— при заряде конденсатора — запасается в электрическом поле конденсатора, а в течение другой четверти периода — при разряде конденсатора — отдается обратно в цепь. Поэтому емкостное сопротивление, как и индуктивное, является реактивным или безваттным.

Нужно, однако, отметить, что практически в каждом конденсаторе при прохождении через него переменного тока затрачивается большая или меньшая активная мощность, обусловленная происходящими изменениями состояния диэлектрика конденсатора. Кроме того, абсолютно совершенной изоляции между пластинами конденсатора никогда не бывает; утечка в изоляции между пластинами приводит к тому, что параллельно конденсатору как бы оказывается включенным некоторое активное сопротивление, по которому течет ток и в котором, следовательно, затрачивается некоторая мощность. И в первом и во втором случае мощность затрачивается совершенно бесполезно на нагревание диэлектрика, поэтому се называют мощностью потерь.

Потери, обусловленные изменениями состояния диэлектрика, называются диэлектрическими, а потери, обусловленные несовершенством изоляции между пластинами, — потерями утечки.

Ранее мы сравнивали электрическую емкость с вместимостью герметически (наглухо) закрытого сосуда или с площадью дна открытого сосуда, имеющего вертикальные стенки.

Конденсатор в цепи переменного тока целесообразно сравнивать с гиб-костью пружины. При этом во избежание возможных недоразумений условимся под гибкостью понимать не упругость («твердость») пружины, а величину, ей обратную, т. е. «мягкость» или «податливость» пружины.

Представим себе, что мы периодически сжимаем и растягиваем спиральную пружину, прикрепленную одним концом наглухо к стене. Время, в течение которого мы будем производить полный цикл сжатия и растяжения пружины, будет соответствовать периоду переменного тока.

Таким образом, мы в течение первой четверти периода будем сжимать пружину, в течение второй четверти периода отпускать ее, в течение третьей четверти периода растягивать и в течение четвертой четверти снова отпускать.

Кроме того, условимся, что наши усилия в течение периода будут неравномерными, а именно: они будут нарастать от нуля до максимума в течение первой и третьей четвертей периода и уменьшаться от максимума до нуля в течение второй и четвертой четвертей.

Сжимая и растягивая пружину таким образом, мы заметим, что в начале первой четверти периода незакрепленный конец пружины будет двигаться довольно быстро при сравнительно малых усилиях с нашей стороны.

В конце первой четверти периода (когда пружина сожмется), наоборот, несмотря на возросшие усилия, незакрепленный конец пружины будет двигаться очень медленно.

В продолжение второй четверти периода, когда мы будем постепенно ослаблять давление на пружину, ее незакрепленный конец будет двигаться по направлению от стены к нам, хотя наши задерживающие усилия направлены по направлению к стене. При этом наши усилия в начале второй четверти периода будут наибольшими, а скорость движения незакрепленного конца пружины наименьшей. В конце же второй четверти периода, когда наши усилия будут наименьшими, скорость движения пружины будет наибольшей и т. д.

Продолжив аналогичные рассуждения для второй половины периода (для третьей и четвертой четвертей) и построив графики (рис. 1,б) изменения наших усилий и скорости движения незакрепленного конца пружины, мы убедимся, что эти графики в точности соответствуют графикам ЭДС и тока в емкостной цепи (рис 1,а), причем график усилий будет соответствовать графику ЭДС , а график скорости — графику силы тока.

Рисунок 3. а) Процессы в цепи переменного тока с конденсатором и б) сравнение конденсатора с пружиной.

Нетрудно, заметить, что пружина, так же как и конденсатор, в течение одной четверти периода накапливает энергию, а в течение другой четверти периода отдает ее обратно.

Вполне очевидно также, что чем меньше гибкость пружины,- т е. чем она более упруга, тем большее противодействие она будет оказывать нашим усилиям. Точно так же и в электрической цепи: чем меньше емкость, тем больше будет сопротивление цепи при данной частоте.

И наконец, чем медленнее мы будем сжимать и растягивать пружину, тем меньше будет скорость движения ее незакрепленного конца. Аналогично этому, чем меньше частота, тем меньше сила тока при данной ЭДС.

При постоянном давлении пружина только сожмется и на этом прекратит свое движение, так же как при постоянной ЭДС конденсатор только зарядится и на этом прекратится дальнейшее движение электронов в цепи.

А теперь как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока вы можете посмотреть в следующем видео:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!