Расчет размеров конденсатора при заданной емкости, электрической прочности и реактивной мощности, условиях эксплуатации

Практическое задание

Расчет конденсаторов

Варианты:     

1.  Расчет постоянных конденсаторов.

2.  Расчет переменных конденсаторов.

3.  Расчет построечных конденсаторов.

Задача-     расчет размеров конденсатора при заданной емкости, электрической прочности и реактивной мощности, условиях эксплуатации и т.п.

Рассматривается упрощенный расчет, неполно учитывающий краевые эффекты.

Конструкции конденсаторов и основные расчетные соотношения.

?, что электроемкость конденсатора определяется как отношение заряда к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору

   (Кл/В)

1Ф=10⁶ мкФ=10⁹ нФ=10¹² пФ

Емкостью может обладать как уединенный проводник, так и система взаимосвязанных проводников.

Конденсатор- элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком (прокладкой) и специально предназначенный для использования его электроемкости.

Емкость конденсатора зависит от его размеров и числа обкладок и в общем случае может быть определена по формуле:

         

                       

В конденсаторах для РЭА в качестве диэлектрика используются органические и неорганические материалы, оксидные пленки (в электролитических конденсаторах) и воздух (иногда вакуум).

Запасенная конденсатором энергия:

;

Потери в обкладках и диэлектрике выражает обычно тангенсом угла потерь или добротностью

где Rп- сопротивление потерь(эквивалентное). Через tgδ удобно определить мощность потерь Pа.

При подаче переменного напряжения через конденсатор передается реактивная мощность 

 (В, Гц, Ф)

Чтобы конденсатор не перегревался выделяемое тепло должно отводиться в окружающую среду т.е.

-коэффициент теплоотдачи; Поверхность охлаждения конденсатора [см²]  Из последних условий можно определить ? реактивную мощность (или размеры конденсатора при заданной Р_р), а при известной Р_р→ предельное действующие→

[В*А,ГцВ;Ф]

или амплитудное напряжение→

[В*А;пФ;Гц]

Тангенс угла потерь характеризует потери на переменном токе высокой частоты. При приложении постоянного напряжения после установления заряда через конденсатор протекает ток утечки, зависящий от величены приложенного напряжения и сопротивления изоляции.

Качество конденсатора характеризуют помимо tgδ (характеристика электр. качества) и Q

Постоянная времени

l (характеристика электр. качества)

удельная емкость

l   или

 т.к.  

E-электрическая прочность диэлектрика

Удельный заряд

l

- характеристики конструкционного качества для НЧ конденсаторов, а для ВЧ конденсаторов это

Стабильность конденсаторов определяется стабильностью его размеров и диэлектрической проницаемость материалов диэлектрика. Вопрос стабильности подробно рассматривается при выполнении лабораторной работы.

Литература:

1.  Справочник по электрическим конденсаторам(М.Н Дьяконов и др.; Под общ. Ред. И.И. Четвертова и В.Ф. Смирнова. - М: Радио и связь, 1983, -576с.; ил.)

2.  В.Т. Рение. Пленочные конденсаторы с органическим диэлектриком. - Л.: Энергия, 1971, 240 с.; ил.

3.  Г.А. Горячева, Е.Р. Добромыслов. Конденсаторы: Справочник. – М.: Радио и связь , 1984, 88с.;ил.

4.   Е.Р. Добромыслов, Г.А. Горячева. Подстроечные конденсаторы. - М.: Радиосвязь, 1983. – 48 с.; ил.

5.  Н.П. Богородицкий и др. Высоковольтные керамические конденсаторы. – М.: Современное радио, 1970. 208 с.; ил.

6.  А.А Харинский. Основы конструирование элементов радиоаппаратуры. –Л.: Энергия, 1971.464с. ил.(гл. 7,8,9)

Конструкции конденсаторов

1.  Пластинчатая (КП, КМ, КЛС, КСО, СГМ и т.п.)

см², см

S-площадь перекрытия обкладок(для дискового конденсатора  n=2)

2.  Цилиндрическая конструкция (КТ и т.п.)

если

- активная длина цилиндра, см

- внешний ø внутреннего цилиндра

-внутренний ø наружного, см.

емкость торуав(???)  не учитывает его вносит заметную погрешность при малых емкость

3.  Спиральная конструкция (БМ,МБМ, ПМ и т.д.)

, мкФ

b- ширина области [см];

l- длина [м];

d- толщина [мкм]

Расчет постоянных конденсаторов.

Исходные данные: ;;;;;;  ???? и ограничения.

1)  по исходным данным определяется материал диэлектрика и тип конструкции.

2)  Рассчитывается толщина диэлектрика.

а) для низкочастотных конденсаторов- по электрической прочности из следующих соотношений:

  

откуда

Если d<d_{технолог}, то выбирают d_{технолог} из технологических ограничений и рассчитывают  и .

б) Для конденсаторов  с высокой реактивной мощностью (задается в исходных данных) толщина диэлектрика рассчитывается из

откуда находится

и затем , если это конденсатор с двумя обкладками (дисковые, трубчатые, пластинчатые). Для многопластинчатых и спиральных по (а) с последующим расчетом .

3)  Определяются размеры обкладок и конденсатора по приведенным ранее формулам. При этом для малых емкостей конденсаторов д.б. ??? на краевые электрические поля:

Для дискового конденсатора

 

(учет краевого эл. поля) единица измерения приведена ранее.

Для трубчатого

Для спирального конденсатора необходимо рассчитать число витков.

(а) Для цилиндрической оправки диаметром

;

C,мкФ; (ширина обкладок)- см; -мкм(-толщина фольги)

(б) плоская тонкая оправка

В- ширина оправка, см.

В спиральных фольговых конденсаторов для учета не плотности прилегания фольги  на 10…15%.

Для металлизированных конденсаторов  сдвиги обкладок и применение торцевых выводов вместо вкладных позволяет резко уменьшить индуктивность и сопротивление выводов (обкладок) т.е. и потерь.

выходные;

торцевые

При определение внешних размеров конденсаторов необходимо учесть для ??? пайки выводов, а при сдвиге фольги и величины сдвигов и, конечно, суммарную толщину обкладок.(в она учтена)

Вернуться к пример расчета параметров конденсаторов в разделе КОНДЕНСАТОРЫ