Kondensatory są istotnym elementem pasywnym obwodów elektrycznych ze względu na ich szeroki zakres zastosowań. Ponadto konieczne jest wybranie odpowiedniego typu kondensatora dla obwodu, ponieważ kondensatory dzielą się na różne typy w oparciu o ich strukturę i skład. Kondensator foliowy to jeden z typów kondensatorów, który ma długi okres trwałości, niską indukcyjność własną i może absorbować przepięcia w obwodach bez uszkodzenia.
Zarys:
Co to jest kondensator foliowy
Budowa i działanie kondensatora foliowego
Rodzaje kondensatorów foliowych
Funkcja samonaprawy kondensatorów foliowych
Obwód tłumiący
Filtry mocy
Filtry EMI
Wniosek
Co to jest kondensator foliowy
Kondensator foliowy to taki, który ma folię z tworzywa sztucznego jako dialektykę pomiędzy płytkami, co czyni go tańszym i utrzymuje niezmienne właściwości przez dłuższy czas. Ta folia z tworzywa sztucznego jest dość cienka, ponieważ ma grubość jednego mikrometra. Kondensator ten należy do kategorii kondensatorów niespolaryzowanych, co czyni go całkiem przydatnym w obwodach prądu przemiennego. Kondensatory foliowe wytrzymują przepięcie przekraczające dwukrotnie ich pojemność znamionową.
Budowa i działanie kondensatora foliowego
W kondensatorze foliowym stosuje się różne rodzaje folii z tworzywa sztucznego, które mają różne właściwości, na przykład folia polipropylenowa zapewnia wyższą rezystancję izolacji i nadaje się do obwodów o wyższych prądach. Co więcej, siarczek polipropylenu ma wysoką odporność na ciepło i dobre właściwości cieplne, ale jest drogi. Oto rodzaje folii i ich właściwości stosowane jako dielektryk w kondensatorach foliowych:
Rodzaj kondensatorów foliowych
Biorąc pod uwagę materiał dielektryczny kondensatora foliowego, jego charakterystyka jest bardzo zróżnicowana, dlatego poniżej znajduje się tabela przedstawiająca charakterystykę kondensatorów foliowych opartych na różnych typach materiału izolacyjnego:
Aby lepiej zilustrować konstrukcję kondensatorów, istnieją dwa typy kondensatorów foliowych, jeden to kondensatory foliowe, a drugi to kondensatory metalowe lub kondensatory do osadzania pary:
Kondensatory foliowe
Ten typ kondensatora ma elektrody wykonane z folii metalowej, które są umieszczone pomiędzy plastikowymi foliami dielektryka. Są to kondensatory foliowe uzwojone, które mogą być indukcyjne lub nieindukcyjne, a różnica między nimi polega na tym, że docelowy indukcyjny kondensator foliowy ma swoje zaciski bezpośrednio podłączone do elektrod przed uzwojeniem. Natomiast nieindukcyjny kondensator foliowy ma zaciski podłączone do powierzchni czołowych.
Nieindukcyjne kondensatory foliowe z elektrodami foliowymi charakteryzują się niższą indukcyjnością i charakterystyką wysokoczęstotliwościową w porównaniu do kondensatorów indukcyjnych. W indukcyjnym kondensatorze foliowym folie metalowe są umieszczone pomiędzy dwiema foliami z tworzywa sztucznego i nie są bezpośrednio połączone:
Natomiast w nieindukcyjnym kondensatorze foliowym folie metalowe są umieszczone w taki sposób, że każda folia jest w pewnym stopniu oddalona od plastikowych folii dielektryka:
Metalizowany kondensator foliowy
Innym typem kondensatora foliowego jest kondensator foliowy metalizowany, ponieważ ma cienką metaliczną warstwę natryskiwaną po jednej stronie dielektrycznej folii z tworzywa sztucznego. Ta warstwa metalu osadzona na folii z tworzywa sztucznego tworzy elektrodę kondensatorów, która jest dość cienka, co czyni ją znacznie mniejszą niż kondensator foliowy typu elektrodowego. Kondensatory te są tylko typu nieindukcyjnego, ale mogą być typu uzwojonego lub laminowanego:
Kondensator foliowy działa tak samo jak kondensator ogólny, to znaczy, gdy zostanie do niego podłączone zasilanie, potencjał między dwiema elektrodami zaczyna się gromadzić. Kiedy ładunek na obu płytkach zgromadzi się do pełnej pojemności, oznacza to, że kondensator jest w pełni naładowany. Co więcej, te kondensatory foliowe mają funkcję samonaprawy, która wydłuża ich okres przydatności do spożycia.
Funkcja samonaprawy kondensatorów foliowych
Ilekroć izolacja ulega demetalizacji z powodu wysokiego prądu, wysokiej temperatury lub jakiegokolwiek przepięcia, kondensator foliowy utlenia otaczającą osadzoną warstwę. Oddziela to pozostałą część obszaru pojemności od uszkodzonego, dzięki czemu działa prawidłowo:
Jednakże izolacja obszaru zwarcia od reszty kondensatora może z czasem zmniejszyć jego pojemność. Ponadto poniżej znajduje się tabela pokazująca degradację pojemności kondensatora w czasie w wyniku utleniania:
W powyższej tabeli niebieski wykres pokazuje pojemność bez samonaprawy, ponieważ degradacja może być niezwykle wysoka, co prowadzi do masowej awarii. Jeśli elektrody zostaną użyte z bezpiecznikami w składzie kondensatorów foliowych, wówczas krzywa degradacji będzie ta w kolorze zielonym.
Jeśli bezpieczniki są nieprawidłowo podłączone do ogniwa pierwotnego, może to prowadzić do awarii kondensatora, co skutkuje szybką utratą pojemności. Brązowa krzywa dotyczy kondensatora foliowego dużej mocy, który ma odpowiednie elektrody segmentowe i ma znacznie większą gęstość w wyniku impregnacji czystym olejem.
Tego typu kondensatory foliowe są zaprojektowane w taki sposób, aby nie traciły więcej niż 2 procent pierwotnej pojemności podczas pracy przy znamionowych wartościach napięcia i prądu. Właśnie dlatego te kondensatory foliowe mają zwykle dłuższą żywotność niż inne typy kondensatorów i są szeroko stosowane w obwodach prądu przemiennego.
Kondensatory foliowe w obwodzie tłumiącym
Obwody mocy zwykle są narażone na skoki prądu i napięcia ze względu na większą szybkość zmian napięć i aby poradzić sobie z takimi problemami, stosuje się obwody tłumiące. Głównie obwody tłumiące mają kondensatory foliowe w celu zmniejszenia zakłóceń elektromagnetycznych i naprężeń półprzewodników. Kondensator foliowy może wytrzymać większą szybkość zmian napięcia, co może spowodować przepływ przez niego większego prądu. Zatem dielektryczna folia z tworzywa sztucznego z polipropylenu w kondensatorze będzie dobrze dopasowana, ponieważ jest w stanie wytrzymać skoki napięcia i prądu ze względu na niską zastępczą rezystancję szeregową i indukcyjność:
Gdy MOSFET jest wyłączony, kondensator będzie ładowany przez rezystor R 1 a gdy MOSFET jest w stanie włączenia, kondensator rozładuje się przez rezystor i masę.
Kondensatory foliowe jako filtry mocy
Aby odfiltrować sygnały w falownikach i silnikach, kondensatory na wyjściu przepuszczają wysokie prądy tętniące, aby zmniejszyć poziom szybkości zmian napięcia. Ostatecznie zmniejsza to naprężenia i naprężenia elektromagnetyczne w systemie. Praktyczną realizację kondensatorów foliowych jako filtra mocy podano poniżej w obwodzie:
Gdy podłączone jest zasilanie prądem zmiennym, kondensatory powinny być niespolaryzowane, z wyjątkiem aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych.
Kondensatory foliowe jako filtry EMI
Do filtrowania zakłóceń elektromagnetycznych w obwodach stosuje się kondensatory metalizowane ze względu na ich tryb awaryjny w obwodzie otwartym i zdolność radzenia sobie z wysokimi napięciami. Istnieją dwie kategorie kondensatorów podłączonych do obwodów mocy w zależności od ich zastosowania. Te z etykietą X to kondensatory podłączone linia do linii, często nazywane kondensatorami linia do neutralnego i używane do różnicowego filtrowania EMI.
Natomiast kondensatory połączone liniowo z ziemią są klasyfikowane jako Y i często nazywane są kondensatorami obejściowymi linii. Kondensatory te omijają przewody do masy, co nazywa się powszechnym trybem filtrowania EMI. Ponieważ kondensatory te mogą ulec awarii, istnieją specjalne tryby działania w przypadku awarii, to znaczy, gdy kondensator X ulegnie awarii, powstaje zwarcie, które powoduje wyzwolenie wyłącznika automatycznego. Co więcej, jeśli kondensator Y ulegnie awarii, powstanie obwód otwarty, co minimalizuje ryzyko porażenia prądem.
Co więcej, w przypadku awarii kondensatora X doprowadzi to do wyłączenia systemu, a w przypadku awarii kondensatora Y system będzie nadal działał, ale filtrowanie EMI zostanie zmniejszone. Poniżej znajduje się tabela przedstawiająca parametry bezpieczeństwa kondensatorów w oparciu o ich połączenia obwodów:
Aby lepiej zilustrować zastosowanie kondensatorów foliowych do filtrowania EMI, poniżej przedstawiono prosty obwód prądu przemiennego linii energetycznej wykorzystujący kondensatory jako filtry EMI:
Niska indukcyjność własna kondensatorów foliowych jest zaletą, ponieważ utrzymuje rezonans kondensatora na wysokim poziomie. Tutaj kondensator X jest podłączony między linią a przewodem neutralnym, podczas gdy kondensatory Y są podłączone między linią a masą.
Wniosek
Kondensatory foliowe mają ogromne znaczenie w obwodach mocy ze względu na ich różne właściwości, a jedną z nich są właściwości samonaprawy. Ta właściwość zwiększa trwałość kondensatora, a także zapobiega awariom systemu.
Ponadto te kondensatory foliowe dzielą się na typy: jedna to elektroda foliowa, a druga to metalizowany kondensator foliowy. Podobnie, kondensatory foliowe różnią się również w zależności od rodzaju materiału izolacyjnego dielektryka, ponieważ skład dielektryka wpływa na charakterystykę roboczą kondensatora foliowego. Kondensatory foliowe ze względu na wartość znamionową prądu tętniącego i funkcję samonaprawy są preferowane w stosunku do aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych.