Конденсаторы с жидким диэлектриком

Глава 11. Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком

Глава 10. Конденсаторы с жидким диэлектриком

Жидкий диэлектрик не может служить опорой для обкладок конденсатора, поэтому в конструктивном исполнении они подобны конденсаторам с газообразным диэлектриком: они должны иметь две системы толстых и механически прочных обкладок, зазор между которыми определяется дополнительной твердой изоляцией. Но в отличие от воздушных конденсаторов конденсаторы с жидким диэлектриком должны иметь герметически закрытый корпус, предохраняющей жидкость, залитую в конденсатор, от попадания в нее влаги и пыли из окружающего воздуха.

Преимущество жидкого диэлектрика по сравнению с воздухом – повышенная , позволяющая в несколько раз увеличить емкость конденсатора, а также повышенная электрическая прочность. Но в жидкости наблюдается явление старения жидкости при длительном воздействии электрического поля и повышения температуры. Недостатки: высокий ТКЕ, зависимость от частоты для полярных жидкостей. Поэтому конденсаторы с жидким диэлектриком мало пригодны для использования в стабильных контурах радиоустройств. Конденсатор с жидким диэлектриком можно применять в контурах электротермических устройств, где к стабильности частоты не предъявляется высоких требований.

Применение полярных жидкостей целесообразно, так как их выше, чем неполярные (нефтяное масло =2,2), но у них выше и имеется зависимость и от частоты.

В качестве твердого диэлектрика для крепления пластин используют микалекс. Применяют водяное охлаждение (змеевик), что увеличивает удельную реактивную мощность.

Конденсаторы с жидким диэлектриком в настоящее время не являются перспективными. Жидкий диэлектрик находит применение лишь как дополнительный диэлектрик для пропитки и заливки бумаги и пленочных конденсаторов.

При использовании твердого неорганического диэлектрика для изготовления конденсаторов его можно применять в качестве основы конструкции, закрепляя на нем обкладки, что резко упрощает конструкцию (обкладки могут быть нанесены и металлизацией, выводы – отрезки проволоки, припаянные к обкладкам).

Неорганические диэлектрики обладают большой нагревостойкостью и твердостью, что обеспечивает неизменность расстояния между обкладками – это способствует стабильности емкости во времени и помогает решить задачу повышения рабочей температуры конденсатора, имеют малое значение ТКЕ, большое значение .

Ряд неорганических диэлектриков имеют малый , что позволяет использовать их в производстве высокочастотных конденсаторов. Преимуществом неорганических диэлектриков перед органическими является их высокая химическая стабильность. Она обеспечивает отсутствие старения при длительном действии электрического поля и повышении температуры. Однако при высокой температуре и постоянном напряжении старение может иметь место и у некоторых типов конденсаторов с неорганическим диэлектриком.

Большинство твердых неорганических диэлектриков имеют ; диэлектрики на основе TiOимеют . В настоящее время при малом могут получать диэлектрики с . Разработаны материалы со сверхвысокой , но столь высокие значения сопровождаются резким ухудшением ее стабильности как во времени, так и при изменении температуры, а также резким возрастанием угла потерь, что невыгодно отличает эти материалы от обычных неорганических диэлектриков и делает возможным их использование только в области низких частот или постоянного напряжения.

Недостаток неорганического материала: трудность получения малых толщин диэлектрика, что затрудняет изготовление конденсаторов большой емкости даже при высоких . Это определяется хрупкостью неорганического материала при малой толщине. При испытании керамики или стекла минимальное значение составляло 0,2-0,3 мм, электрическая прочность у большинства неорганических диэлектриков невелика.

Исключением является слюда, позволяющая получить пластинки толщиной до 0,01 мм с достаточной механической и электрической прочностью. Но и этот материал неудобен для получения больших емкостей, так как площадь пластинок небольшая, а также высокая стоимость слюды и ее дефицит.

Пленочное стекло – позволяет получать толщины 0,025-0,05 мм, но его площадь также ограничена, причем стоимость стеклопленочных конденсаторов оказывается еще выше, чем стоимость слюдяных. Поэтому получают малые значения емкостей порядка 0,1-0,2 мкФ.

Основной областью применения конденсаторов с неорганическим диэлектриком являются высокочастотные установки, где не требуются большие емкости, а нужны конденсаторы с малым углом потерь и высокой стабильностью емкости, а также с высоким значением рабочего напряжения (десятки кВ).

Используя принцип нанесения тонких слоев металла и неорганического диэлектрика на изоляционную подложку, обеспечивающую механическую прочность, удается получить малые толщины неорганического диэлектрика порядка 1-2 мкм и ниже – это создало основу для появления тонкопленочных конденсаторов с неорганическим диэлектриком для микроминиатюрной радиоаппаратуры при малых рабочих напряжениях (В) и емкостях до нескольких тысяч и десятков тысяч пФ.

К неорганическим диэлектрикам относятся керамические, стеклянные, стеклоэмалевые, стеклокерамические и слюдяные – характеризуются большой нагревостойкостью, механической твердостью, высокой химической стабильностью, повышенными значениями .

По конструктивному исполнению конденсаторы подразделяются на:

— незащищенные, допускающие эксплуатацию в условиях повышенной влажности в составе герметизирующей аппаратуры, предусматривающей защиту конденсаторов от воздействия влажности;

— защищенные, допускающие эксплуатацию в составе аппаратуры в условиях повышенной влажности;

— неизолированные, то есть конденсаторы с влагозащитным покрытием, не допускающие касания своим корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры;

— изолированные с изоляционным покрытием, допускающие касание.

По своему назначению конденсаторы подразделяются на 3 типа:

Тип 1 – конденсатор, предназначенный для использования в цепях фильтров, блокировки и развязки, где малые потери и высокая стабильность емкости имеют существенное значение.

Тип 2 – конденсатор, предназначенный для использования в цепях фильтров, блокировки и развязки, где малые потери и высокая стабильность емкости не имеют существенного значения.

Тип 3 – керамический конденсатор с барьерным слоем, предназначенный для работы в тех же цепях, что и конденсатор типа 2, но имеющий несколько меньшее значение и большее значение , что ограничивает область применения низкочастотными.

Обычно конденсаторы типа 1 являются высокочастотными, а типов 2 и 3 — низкочастотными.

Слюдяные и стеклоэмалевые (стеклянные) конденсаторы относятся к конденсаторам типа 1, стеклокерамические – как тип 1, так и 2, керамические – 3-х типов.

Конденсаторы типов 2 и 3 за счет большой имеют значительную удельную емкость, но вместе с тем и большие значения . Особенностями конденсаторов типа 2 и 3 являются резкая зависимость от температуры, а для некоторых типов конденсаторов – зависимость от напряжения и наличие диэлектрического гистерезиса.

Современные конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разбить на основные группы: слюдяные, керамические (ВЧ и НЧ), стеклянные и тонкослойные конденсаторы с неорганическим диэлектриком.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10085 — | 7527 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Способность диэлектрика поляризоваться в электрическом поле характеризуется его диэлектрической проницаемостью е, представляющей собой отношение электрического смещения D (заряд, отнесённый к единице площади) к напряжённости электрического поля E:

Чем сильнее поляризуется диэлектрик, тем больше будет ёмкость изготовленного из него конденсатора, так как смещающиеся в диэлектрике заряды связывают часть зарядов на обкладках и позволяют увеличить общий заряд конденсатора при неизменных его геометрических размерах и при одном и том же значении напряжения, приложенного к обкладкам. Величину диэлектрической проницаемости можно определить как отношение ёмкости С конденсатора с данными диэлектриком к ёмкости С конденсатора с теми же размерами, в котором это вещество заменено вакуумом.

Во всяком включении в цепь переменного тока в конденсаторе имеются потери электрической энергии. Она обращается в тепловую энергию и конденсатор нагревается. В основном энергия теряется в диэлектрике. Потери эти характеризуют тангенсом угла д, который является дополнением до 90є к углу сдвига фаз ц между действующим на конденсаторе переменным напряжением и проходящим через него переменным током, то есть . Чем больше потери в конденсаторе, тем больше угол потерь д и тем больше tgд.

Рисунок 2.3 Область изменения тангенса угла потерь металлобумажных конденсаторов на частоте 50 Гц в зависимости от температуры.

Где емкостной ток и сопротивление;

— активный ток и сопротивление; щ- круговая частота ();

С — удельное сопротивление диэлектрика;

С — ёмкость конденсатора ().

Определяющей причиной возрастания tgд конденсаторов с увеличением приложенного напряжения является ионизация газовых включений внутри диэлектрика или у краёв электродов.

Рисунок 2.4 Характер изменения тангенса угла потерь металлобумажных конденсаторов в зависимости от частоты. 1 — с полужидкой пропиткой при температуре 20 єС; 2 — с твердой пропиткой при температуре 20 єС; 3 — с твердой пропиткой при температуре 70 °С.

Конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разделить на три группы: низковольтные, высоковольтные и помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них используется керамика, стекло, слюда, стеклоэмаль. Обкладки выполняются в виде тонкого слоя металла, нанесённого на диэлектрик путём металлизации в виде тонкого слоя. Конденсаторы с оксидным диэлектриком разделяются: общего назначения, неполярные, высокочастотные, импульсные, пусковые и помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них используется оксидный слой. Анод — металлическая обкладка. В зависимости от материала анода оксидные конденсаторы подразделяют на алюминиевые, танталовые и ниобиевые. Второй обкладкой служит катод- электролит, пропитывающий бумажную или тканевую прокладку в алюминиевых и танталовых конденсаторах, жидкий или гелеобразный электролит в полупроводниках и объёмно- пористых конденсаторах. По выполняемой функции и характеру изменения ёмкости конденсаторы с газообразным диэлектриком подразделяют на постоянные и переменные. В качестве диэлектрика в них используется воздух, сжатый газ, вакуум. Основной областью применения является высокочастотная аппаратура, так как эти конденсаторы обладают высокой стабильностью электрических параметров. К конденсаторам с неорганическим твёрдым диэлектрикам относят: слюдяные, стеклянные и керамические конденсаторы.

Особенностью керамики как материала для изготовления конденсаторов является большое разнообразие значений е и ТКе. Величина е лежит в пределах от 7,5- 9 до нескольких тысяч, а величина ТКе может иметь как большие положительные и отрицательные значения, так и значения, близкие к нулю.

Преимущество стекла — его дешевизна и высокая электрическая прочность при малых толщинах. Основными недостатками являются: относительно высокие потери, резко возрастающие с ростом температуры, что создаёт неустойчивость против теплового пробоя, и большая хрупкость, затрудняющая обращение со стеклом в условиях производства и мешающая его использованию при небольших толщинах.

Слюда представляет собой природный материал, способный расщепляться на тонкие пластинки с достаточно высокой механической и электрической прочностью и обладающий относительно высокой е, а потому удобный для использования в качестве диэлектрика в конденсаторах.

Особенностями таких диэлектриков является: невозможность их использовать для закрепления обкладок; восстанавливаемость электрической прочности конденсаторов после пробоя. Преимущества: весьма малая проводимости и ничтожный угол потерь, независимость е от частоты и весьма малая зависимость от температуры, полное отсутствие явления абсорбции. Эти преимущества делают газообразный диэлектрик особенно удобным для применения в образцовых конденсаторах и в различных типах высокочастотных конденсаторов. Основные недостатки: низкое значение диэлектрической проницаемости, необходимость применения больших зазоров между обкладками.

Жидкий диэлектрик, так же как и газообразный, не может служить опорой для обкладок конденсатора. Поэтому они также должны иметь две системы относительно толстых и механически прочных обкладок, зазор между которыми определяется дополнительной твёрдой изоляцией. Преимуществом жидкого диэлектрика в сравнении с воздухом является повышенная диэлектрическая проницаемость, позволяющая в несколько раз увеличить ёмкость конденсатора, а также повышенная электрическая прочность. Существенным недостатком жидких диэлектриков является высокий ТКЕ. В связи с этим конденсаторы с жидким диэлектриком мало пригодны для использования в стабильных контурах радиоустройств.

Как выглядит конденсатор, заполненный диэлектриком: применение диэлектрика между пластинами, емкость конденсатора и формула, сопротивление ионизации.

Диэлектрик вступает в частичное сопротивление к электрическому полю конденсатора. Он может увеличить емкость и избавить пластины от касания.

Задача обучения

• Охарактеризовать поведение диэлектрического материала в электрическом поле конденсатора.

Основные пункты

• Если применяется диэлектрик в конденсаторе, то помещенный между пластинами материал будет поляризоваться, чтобы сопротивляться полю.
• Емкость конденсатора с параллельной пластиной вычисляется по формуле: c = εA/d (ε – диэлектрическая проницаемость, A – площадь пластин конденсатора, а d – толщина диэлектрика).
• В качестве диэлектрика выбирают материал со способностью противостоять ионизации.

Термины

• Емкость – умение электрической цепи сберегать заряд.
• Диэлектрик – изолирующий или непроводящий материал.
• Конденсатор – электронная составляющая, способная сберечь электрический заряд.

Чтобы конденсатор сохранил заряд, цепь между двумя сторонами должна прерваться. Это может произойти из-за вакуума или диэлектрика.

Когда мы используем конденсатор, заполненный диэлектриком, то материал между параллельными пластинами конденсатора начинает поляризоваться. Часть возле положительного конца обретет избыток отрицательного заряда, а часть возле отрицательного – избыток положительного. В итоге, подобное перераспределение формирует электрическое поле, вступающее в противостояние созданному конденсатором полю. Ниже представлена схема диэлектрика между пластинами конденсатора.

Заряды в линии диэлектрического материала противостоят зарядам пластин. Между ними формируется электрическое поле

Именно поэтому, созданное конденсатором чистое поле будет частично сокращаться вместе с разностью потенциалов. Но диэлектрик не позволяет пластинам вступать в прямой контакт. Если присутствует высокая проницаемость, то увеличивается емкость для любого конкретного напряжения. Емкость вычисляется по формуле:

c = εA/d (ε – диэлектрическая проницаемость, A – площадь пластин конденсатора, а d – толщина диэлектрика).

В качестве диэлектриков выбирают материалы со способностью сопротивляться ионизации. Чем выше устойчивость, тем лучше всего он подходит для работы с высоким напряжением. У каждого материала есть точка пробоя диэлектрика, где разность потенциалов становится крайне высокой для изоляции. Тогда она ионизирует и пропускает ток.