Kondenzator je elektronička komponenta koja se koristi za pohranu električne energije.
Kondenzatori su napravljeni od dvije metalne ploče odvojene izolatorom, obično dielektrikom, i mogu pohraniti naboj neko vrijeme.
Koriste se u raznim elektroničkim sklopovima i mogu se koristiti za filtriranje ili pohranjivanje energije, a mogu se koristiti i za izradu jednostavnih oscilatorskih krugova.
U ovom ćemo članku raspravljati o tome što je kondenzator, za što se koristi i kako radi.
Što je kondenzator?
Kondenzator je električna komponenta koja pohranjuje energiju u obliku električnog naboja. Sastoji se od dvije vodljive ploče sadržane unutar dielektričnog materijala (izolacijski materijal). Kada se spoje na izvor napajanja, ploče se naelektrišu i električna energija se pohranjuje u dielektričnom materijalu. Ova pohranjena energija se zatim može osloboditi kada je to potrebno, omogućujući joj da se koristi za bilo koji broj primjena.
Kondenzatori dolaze u mnogim oblicima, veličinama i materijalima – sve ovisno o njihovoj namjeni. Najčešći tip kondenzatora poznat je kao filmski kondenzator – on koristi tanke slojeve plastike ili keramike kao dielektrični materijal, s tankim vodljivim metalnim trakama poznatim kao "elektrode" na obje strane. Ove vrste kondenzatora naširoko se koriste u elektronici zbog svoje niske cijene i dugotrajnih svojstava.
Kondenzatori se također koriste u drugim aplikacijama kao što su motori i izvori napajanja gdje pomažu u regulaciji napona ili filtriranju buke i smetnji koje mogu uzrokovati nepravilan rad ili oštetiti komponente u nizu. Kako elektronika postaje sve složenija, kondenzatori igraju još važniju ulogu unutar ovih sustava; pomaže u održavanju preciznih protoka struje tijekom sklopnih operacija ili pruža međuspremnik protiv naglih promjena u razinama napona iz vanjskih izvora.
Vrste kondenzatora
Kondenzatori dolaze u više vrsta, veličina i stilova. Neki se kondenzatori koriste u vrhunskim audio sustavima, dok se drugi koriste u računalima ili kućnim sigurnosnim sustavima. Svi služe istoj osnovnoj svrsi; pohranjuju električnu energiju kada se struja pusti i vraćaju tu energiju kada struja prestane. Vrste uključuju sljedeće:
Keramički kondenzatori: oni su obično mali i dolaze unaprijed zalemljeni na tiskane ploče. Imaju dielektrik izrađen od keramičkog materijala i obično se koriste za elektroniku niske razine, kao što su radiofrekvencijske smetnje (RFI) filteri ili premosnice.
Elektrolitski kondenzatori: Obično se nazivaju polarizirani kondenzatori jer imaju negativni anodni terminal, pozitivni katodni terminal i otopinu elektrolita unutar tijela kondenzatora koja omogućuje veći kapacitet kondenzatora. Obično se nalaze u izvorima napajanja, filtrima, vremenskim krugovima i mnogim drugim točkama regulacije snage.
Tantalski kondenzatori: Izrađeni od tantalovog oksida, ovi kondenzatori koriste čvrsti dielektrik (umjesto tekućeg elektrolita). To im daje bolju temperaturnu izvedbu u usporedbi s elektrolitičkim kondenzatorima, kao i poboljšanu stabilnost tijekom vremena i bolju dosljednost između šaržnih proizvoda.
Filmski/papirni kondenzator: Ovaj je tip izrađen od metaliziranog filma ili papira koji djeluje kao izolator između dvije ploče od aluminijske folije stvarajući elektrode velike površine tako da može pohraniti više električnog naboja. Obično se koriste tamo gdje je potrebna tolerancija na električne smetnje zbog njihove sposobnosti da izdrže udarne struje uzrokovane prenaponskim uvjetima luka ili iskre.
Superkondenzator/Ultrakondenzator: Također poznat kao superkapacitor/ultrakapacitor ili elektrokemijski dvoslojni kondenzator (EDLC), ovaj tip ima vrlo velike kapacitete pohrane (općenito veći od mnogih drugih tipova) s poboljšanom izdržljivošću (do stotine tisuća ciklusa). Dizajniran je za one aplikacije koje zahtijevaju velike količine energije na zahtjev, kao što je sigurnosna situacija za podatkovne centre gdje se broje sekunde prije nego što netko može ručno uključiti drugi izvor napajanja.
Upotreba kondenzatora
Kondenzatori su osnovna električna komponenta koja ima važnu ulogu u raznim primjenama. Obično se koriste za pohranjivanje električne energije, stvaranje filtara i u vremenskim krugovima. Također se koriste u audio sustavima automobila, kao iu potrošačkoj elektronici. Pogledajmo detaljnije neke od upotreba kondenzatora.
Izglađivanje napajanja
Kondenzatori se mogu koristiti za filtriranje u krugu napajanja i pomoći u stvaranju ravnomjernijeg istosmjernog napona. To se često vidi u krugovima koji koriste mrežno napajanje, gdje ispravljanje pretvara AC u pulsirajuću istosmjernu struju. Elektrolitski kondenzator je normalno spojen preko izlaza ispravljača kao element za izravnavanje za napajanje. Kondenzator se brzo puni, zadržavajući dio svog naboja tako da pomaže uglađivanju bilo kakvih impulsa iz ispravljača i osigurava stabilniji napon za napajanje ostalih komponenti. Što je veći kapacitet ili kapacitet pohranjivanja u kondenzatoru, to će biti veći učinak izglađivanja jer može apsorbirati više energije prije nego što bude potrebno ponovno punjenje. U ovoj primjeni, kondenzatori veće vrijednosti smanjuju fluktuacije, kao što su valovi u razinama napona i skokovi napona uzrokovani promjenama opterećenja, pružajući stabilnost drugim elementima unutar kruga aplikacije.
Procesiranje signala
Kondenzatori se široko koriste u obradi signala i elektroničkoj komunikaciji. Oni su bitne komponente u većini elektroničkih sklopova, zbog svoje sposobnosti pohranjivanja i otpuštanja energije.
U obradi signala, kondenzatori se mogu koristiti zbog svoje sposobnosti smanjenja šuma i filtriranja neželjenih frekvencija ili signala. Zaštita signala od šuma naziva se izravnavanje ili niskopropusno filtriranje, a općenito se postiže upotrebom kondenzatora.
U elektroničkoj komunikaciji, kondenzator se može koristiti za transformaciju električnog signala iz jednog oblika u drugi bez promjene njegove frekvencije. Ovaj proces je poznat kao spajanje ili prijenos napona, a kondenzatori se također često koriste u tu svrhu u radio prijamnicima i odašiljačima. Dodatno, kondenzatori djeluju kao dio visokopropusnih filtara koji uklanjaju niskofrekventne signale dok propuštaju više signale duž putanje.
Kondenzatori se također često koriste u aktivnim analognim filtrima: oni određuju frekvencijski odziv filtra postavljanjem njegove granične frekvencije. Kao takvi, igraju ključnu ulogu u kontroli audio signala pri projektiranju glazbene opreme kao što su pojačala ili miks konzole.
Termin
Određivanje vremena je uobičajena upotreba kondenzatora. U svakodnevnim krugovima, otpornici se obično koriste za mjerenje vremena. Međutim, u visokonaponskim ili visokofrekventnim situacijama često se umjesto njih mogu koristiti kondenzatori. Često je korisno koristiti kondenzatore za mjerenje vremena jer oni ne rasipaju snagu tako brzo kao otpornici i mogu podnijeti više napone uz manji rizik od kvarova.
Osim što osiguravaju siguran i učinkovit način kontrole napona i struje u krugu, kondenzatori se također koriste za napajanje određenih podatkovnih točaka za komponente kao što su LED diode ili tranzistori koji mogu trebati impulse struje kada se aktiviraju. To može pomoći u jačanju signala koji šalje komponenta tako da putuje dalje bez gubitka energije ili integriteta.
Kondenzatori se također u velikoj mjeri koriste u audio opremi za filtriranje signala i smanjenje izobličenja, a istovremeno omogućuju korisne informacije iako uz minimalne smetnje buke. Kao što je ranije spomenuto, oni se također obično postavljaju preko terminala zvučnika kako bi se ograničili slučajni kratki spojevi, a istovremeno održavala ravnomjerna raspodjela opterećenja na izlaznim stupnjevima pojačala.
Kada se koriste kreativno i uz razumijevanje elektriciteta, kondenzatori imaju nevjerojatnu sposobnost oblikovanja toka naboja – što inženjerima omogućuje razvoj nevjerojatno složenih audio sustava uz minimalne troškove.
Uobičajene aplikacije
Kondenzatori su električne komponente koje se obično koriste u raznim primjenama. Njihova sposobnost pohranjivanja energije čini ih bitnim komponentama sustava koji zahtijevaju stalnu opskrbu energijom tijekom određenog vremenskog razdoblja. Koriste se u mnogim aplikacijama, uključujući napajanje, motore, audio sustave, HVAC sustave i više. U ovom ćemo članku istražiti neke od najčešćih primjena kondenzatora.
Motori
Motori koriste kondenzatore za kontrolu brzine motora ili poboljšanje startnog momenta. To se postiže pružanjem ili uklanjanjem a faza na namote elektromotora. Koristeći se u pogonima s promjenjivom frekvencijom, izvorima napajanja i drugim aplikacijama, kondenzatori mogu prilagoditi napon ili struju u pulsnim opterećenjima i spriječiti rasipanje energije odvođenjem neželjene energije iz elektroenergetskih sustava. U strujama pod srednjofrekventnim motorima, velike vrijednosti kondenzatora obično se koriste na oba kraja motora za rad kondenzatorskih baterija za kompenzaciju faze kako bi se ublažio harmonijski učinak strujnih valova uzrokovanih nelinearnim opterećenjem pretvarača
Rasvjeta
Kondenzatori se mogu koristiti za napajanje i regulaciju rasvjetnih sustava svih veličina. U elektroničkim prigušnicama koriste se za kontrolu protoka struje i ubrzavanje procesa pokretanja fluorescentnih svjetiljki i rasvjete s izbijanjem visokog intenziteta. Također pomažu u smanjenju titranja svjetla. U sustavima tranzistorskih krugova, kondenzatori održavaju kontinuiranu električnu struju, pomažući da svjetla ostanu upaljena. Osim toga, nude zaštitu tijekom prenapona smanjujući električno opterećenje rasvjetnih tijela u unutarnjim i vanjskim postavkama.
Autokuće
Automobilski kondenzatori posebno su važni jer su odgovorni za pomoć električnom sustavu vozila da smanji i kompenzira nedosljednosti u protoku električne energije, što je uobičajeno u mnogim vozilima. Automobilski kondenzatori pohranjuju energiju kako bi opskrbili automobilski alternator ili elektropokretač kada je to potrebno. Ta se energija koristi za neutraliziranje skokova napona koji nastaju kada trenutna potražnja premaši kapacitet baterije ili alternatora. Automobilski kondenzatori također se mogu koristiti u audio sustavima, kontrolirajući struje unutar pojačala i zvučnika. Izglađujući fluktuacije napona, automobilski kondenzatori pomažu produžiti vijek trajanja baterije i smanjiti opterećenje drugih električnih komponenti.
Sigurnost kondenzatora
Sigurnost bi uvijek trebala biti glavni prioritet pri radu s kondenzatorom. Kondenzatori skladište energiju i potrebno je pažljivo rukovati njima dok se pune ili prazne. U ovom odjeljku proći ćemo kroz sigurnosne smjernice koje treba koristiti pri radu s kondenzatorom i raspraviti o potencijalnim rizicima povezanim s njim.
Izbjegavanje kratkih hlača
Kada koristite kondenzatore, važno je imati na umu mogućnost kratkog spoja zbog činjenice da su oni električne komponente. Do kratkog spoja dolazi kada kondenzator napravi kratki spoj. Dok kratki spoj mogu biti uzrokovani greškama u proizvodnji ili drugim vanjskim čimbenicima, većina kratkih spojeva uzrokovana je nepravilnom upotrebom kondenzatora.
Kako biste izbjegli kratke spojeve, uvijek morate poduzeti mjere opreza s kondenzatorima. Sljedeće metode pomoći će vam u održavanju sigurnosti kondenzatora:
1) Nikada nemojte izlagati kondenzatore prekomjernom naprezanju ili naprezanju tako da ih prepunite;
2) Ne ostavljajte kondenzatore u preopterećenom stanju dulje vrijeme;
3) Uvijek koristite odgovarajuće tehnike montiranja i/ili metode koje osiguravaju izolaciju od udara;
4) Nemojte povezivati dva različita polariteta jer bi to moglo uzrokovati iskrenje i potencijalno oštetiti kondenzator;
5) Pregledajte kvalificirane komponente ili materijale (kao što su izolacijski materijali) kako biste bili sigurni da nema nedostataka prije instalacije;
6) Obratite posebnu pozornost na zahtjeve utovara - nametnite smanjeno opterećenje kada je to moguće i nametnite odgovarajuće tehnike ugradnje za sve komponente; i
7) Imajte na umu da će naponi u stanju pripravnosti uzrokovati protok struje kroz krug, što bi potencijalno moglo oštetiti standardne vrijednosti kondenzatora ako se ne provjeri.
Poduzimajući ove mjere opreza, korisnici mogu pomoći u održavanju sigurne uporabe i spriječiti opasne situacije uslijed kratkih spojeva ili drugih problema s njihovim kondenzatorima. Važno je upamtiti da je sigurnost uvijek glavni prioritet kad god radite s elektronikom, a posebno sa svime što uključuje električnu energiju!
Kondenzatori za pražnjenje
Vrlo je važno osigurati da se kondenzatori pravilno isprazne prilikom rukovanja ili zamjene. Za sigurno pražnjenje spojite otpornik od 1 k ohma do 10 k ohma između svakog terminala kondenzatora i mase. Napon na kondenzatoru brzo će nestati bez stvaranja luka ili iskri, što omogućuje sigurnu zamjenu ili rukovanje.
Također morate zapamtiti da visokonaponske kondenzatore pravilno ispraznite prije odlaganja. Ako ove komponente ne ispraznite na siguran način, mogu predstavljati električnu opasnost, pa čak i izazvati požar! Pražnjenje ovih komponenti uključuje spajanje izolirane žice između dva priključka na komponenti i zatim njezino pražnjenje tijekom nekoliko minuta. Obavezno nosite zaštitne naočale dok provodite ovaj postupak kako biste zaštitili oči od iskri koje nastaju tijekom procesa pražnjenja.
Zbrinjavanje kondenzatora
Kada zbrinjavate kondenzatore, važno je poduzeti odgovarajuće mjere za sigurnost i zaštitu okoliša. Budući da kondenzatori mogu sadržavati moguće toksine, poput olova, barija i drugih metala, trebali biste izbjegavati odlaganje ovih predmeta u obične kante za smeće ili na odlagališta. Umjesto toga, treba ih zbrinuti na ekološki prihvatljiv način pronalaskom prikladnog centra za prikupljanje recikliranja ili dobavljača koji je specijaliziran za zbrinjavanje opasnih materijala.
Važno je osigurati da svi kondenzatori i dalje drže naboj prije odlaganja - čak i ako su označeni kao "mrtvi" kondenzatori. Kondenzatori mogu zadržati zaostale naboje i mogu se isprazniti prilikom rukovanja; stoga morate biti oprezni pri rukovanju njima dok ih ne ispraznite. Da biste sigurno ispraznili kondenzator, trebat će vam izolirani odvijač dovoljno dug da držite ruku podalje od priključaka kako napon ne bi preskočio vaš stisak. Nakon što se napunjeni kondenzatori isprazne, uklonite svu labavu izolaciju kliještima ili rezačima žice, a zatim omotajte izolatore prije nego što ih pravilno odložite.
Zaključak
U zaključku, kondenzatori su bitne komponente u svakom električnom krugu. Koriste se za pohranjivanje energije, filtriranje buke i kao izvor struje za krugove izmjenične struje. Kondenzatori dolaze u raznim oblicima i imaju širok raspon primjena. Razumijevanje osnova kondenzatora pomoći će vam identificirati prave komponente za vaš projekt.
Sažetak osnova kondenzatora
Da sažmemo osnove kondenzatora, kondenzator je električna komponenta sastavljena od dvije vodljive ploče odvojene izolacijskim materijalom koji se naziva dielektrik. Koristi se za pohranu energije u obliku električnog polja. Kondenzatori se obično koriste u elektroničkim sklopovima, obično u kombinaciji s otpornicima i integriranim krugovima poput mikroprocesora, za regulaciju razine struje i napona. Također se mogu koristiti za filtriranje signala i osiguravanje maksimalnog prijenosa snage u određenim krugovima. Prilikom odabira kondenzatora za vašu specifičnu primjenu, važno je uzeti u obzir radni napon, radnu temperaturu, veličinu paketa i raspon vrijednosti kapacitivnosti tipa kondenzatora koji odaberete.
Prednosti korištenja kondenzatora
Kondenzatori se mogu koristiti u raznim primjenama zbog svoje sposobnosti pohranjivanja energije i otpuštanja je kada je to potrebno. Također su sposobni nositi se s velikim količinama struje, pa se često koriste kao filtri i kočnice kruga. Nadalje, kondenzatori mogu pomoći u smanjenju električne buke i povećati učinkovitost u strujnim krugovima. Kao rezultat toga, naširoko se koriste u elektroničkim uređajima velike snage kao što su računala, mobilni telefoni i televizori.
Kondenzatori imaju niz prednosti kada je u pitanju elektronika. Na primjer, pomažu u održavanju stabilne razine napona pružajući privremenu pohranu za visokoenergetske impulse ili kratke nalete struje koji inače mogu oštetiti elektroničke komponente tijekom vremena. Njihov dizajn također pomaže u filtriranju elektromagnetskih smetnji (EMI) u cijelom sustavu ili unutar pojedinačnog kruga. Ovo je važno za sprječavanje ulaska neželjenih signala u sustav ili ometanja signala koji su već unutar njega.
Osim toga, kondenzatori daju trenutnu struju kada je to potrebno i mogu dramatično smanjiti potrošnju energije u bilo kojem sustavu s napajanjem izmjeničnom strujom omogućavajući kontrolu startnog kondenzatora i rad sinkronog motora – što je ključno za dugotrajni rad u aplikacijama u ekstremnim uvjetima poput sustava ulične rasvjete i HVAC motora. Konačno, stabiliziranje sinusnih valova koje stvaraju krugovi izmjenične struje jedna je od njihovih primarnih funkcija — oni izvlače energiju na određenim frekvencijama dok pojačavaju energiju na drugim frekvencijama — smanjujući izobličenje napona i osiguravajući čisto upravljanje napajanjem na svim kanalima.
Ja sam Joost Nusselder, osnivač Neaere i marketer sadržaja, tata i volim isprobavati novu opremu s gitarom u srcu moje strasti, a zajedno sa svojim timom stvaram detaljne članke na blogu od 2020. pomoći vjernim čitateljima savjetima za snimanje i gitaru.
