Πυκνωτές και χρήσεις πυκνωτών

Ένας πυκνωτής είναι ένα ηλεκτρικό στοιχείο δύο μεταλλικών φύλλων που χωρίζονται από μια διηλεκτρική ουσία και ρυθμίζονται από την εξίσωση (3.7)C′=q/V, όπου q είναι το φορτίο που αποθηκεύεται στον πυκνωτή, V είναι το δυναμικό του πυκνωτή και C′ είναι η χωρητικότητα. Είναι μια συσκευή αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας που λειτουργεί σε ηλεκτρικό πεδίο.

Η δράση ενός πυκνωτή αναφέρεται ως χωρητικότητα. Ένας πυκνωτής είναι ένα ειδικά σχεδιασμένο εξάρτημα για να προσφέρει χωρητικότητα σε ένα κύκλωμα. Ενώ υπάρχει κάποια χωρητικότητα μεταξύ οποιωνδήποτε δύο ηλεκτρικών αγωγών σε ένα κύκλωμα, ένας πυκνωτής είναι ειδικά σχεδιασμένος για να παρέχει χωρητικότητα σε αυτό το κύκλωμα. Ο πυκνωτής είναι επίσης γνωστός ως συμπυκνωτής ή συμπυκνωτής. Αυτή η λέξη και η συγγένειά της εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται συχνά σε πολλές γλώσσες, αλλά σπάνια στα Αγγλικά.

Τύποι πυκνωτών

Υπάρχουν τέσσερις τύποι πυκνωτών:Τακτικοί πυκνωτές - οι οποίοι ταξινομούνται περαιτέρω με βάση τον χρησιμοποιούμενο μονωτή (για παράδειγμα, κεραμικοί πυκνωτές, πυκνωτές χαρτιού και πυκνωτές λαδιού), ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές - οι οποίοι δημιουργούν λεπτές μεμβράνες μονωτή με ηλεκτρόλυση μετάλλων βαλβίδας, ηλεκτρικό διπλό - πυκνωτές στρώματος και πυκνωτές ημιαγωγών. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου, ειδικότερα, είναι πολλά υποσχόμενοι και χρησιμοποιούνται συνήθως ως πυκνωτές υψηλής χωρητικότητας λόγω της καλύτερης ευελιξίας και του φθηνού κόστους τους.

Χρήσεις πυκνωτών

Υπάρχουν διάφοροι τύποι πυκνωτών που χρησιμοποιούνται σήμερα και διατίθενται σε ποικίλα μεγέθη και μορφές. Οι αγωγοί μπορεί να είναι φύλλο, λεπτά φύλλα, συντηγμένα μεταλλικά σφαιρίδια ή ηλεκτρολύτες. Η χωρητικότητα του φορτίου του πυκνωτή αυξάνεται από το μη αγώγιμο διηλεκτρικό. Τα διηλεκτρικά υλικά περιλαμβάνουν κεραμικά, γυαλί, πλαστικό φιλμ, μαρμαρυγία, χαρτί, αέρα και στρώματα οξειδίου. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά κυκλώματα πολλών κοινών ηλεκτρικών συσκευών. Υπάρχει μια μη αγώγιμη περιοχή σε οποιονδήποτε πυκνωτή που χωρίζει τους δύο αγωγούς. Το διηλεκτρικό είναι μια ηλεκτρική μονωτική ουσία που χρησιμοποιείται ως μη αγώγιμη ζώνη. Μερικά παραδείγματα διηλεκτρικών μέσων περιλαμβάνουν χαρτί, γυαλί, κεραμικό, πλαστικό ή περιοχή εξάντλησης ημιαγωγών (σχεδόν παρόμοια με τους αγωγούς, χημικά). Σύμφωνα με τον νόμο του Coulomb, ένα φορτίο σε έναν αγωγό ασκεί μια δύναμη στους φορείς φορτίου κάποιου άλλου αγωγού, η οποία έλκει φορτία αντίθετης πολικότητας και απωθεί τα παρόμοια φορτία πολικότητας, που τελικά οδηγεί στην παραγωγή ενός φορτίου αντίθετης πολικότητας στην επιφάνεια του άλλος μαέστρος. Το διηλεκτρικό δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο ενώ οι αγωγοί φέρουν ίσα και αντίθετα φορτία στις αντίθετες πλευρές της επιφάνειάς του.

Σημασία χρήσης πυκνωτών

Ο πυκνωτής είναι μια συσκευή που εκτελεί ασυνήθιστες ηλεκτρικές εργασίες και είναι ένα από τα πιο σημαντικά εξαρτήματα σε ηλεκτρικά κυκλώματα διαφόρων ηλεκτρονικών οργάνων. Μπορεί αμέσως να φορτίσει και να αποφορτίσει τεράστιο εξοπλισμό ηλεκτρικής ενέργειας, σε αντίθεση με μια μπαταρία. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται για τη μείωση των παλμών τάσης. Ο πυκνωτής φορτίζεται όταν παρέχεται υψηλή τάση στο παράλληλο κύκλωμα και αποφορτίζεται όταν εφαρμόζεται χαμηλή τάση. Ενώ τα περισσότερα ηλεκτρικά κυκλώματα χρησιμοποιούν συνεχές ρεύμα, η τροφοδοσία που σβήνει είναι εναλλασσόμενο ρεύμα.

Παραδείγματα χρήσης πυκνωτών

Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται σε μια μεγάλη ποικιλία ηλεκτρικών συσκευών. Είναι συνηθισμένο, επομένως είναι δύσκολο να βρείτε ένα ηλεκτρικό προϊόν που να μην έχει τουλάχιστον ένα από αυτά. Οι χρήσεις των πυκνωτών περιλαμβάνουν:

Αποθήκευση ενέργειας:

Όταν συνδέεται στο κύκλωμα φόρτισής του, ένας πυκνωτής αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια. Μπορεί επίσης να εκφορτίσει την αποθηκευμένη ενέργεια όταν το φυσιολογικό αποκολλάται από το κύκλωμα φόρτισης, επιτρέποντάς του να χρησιμοποιηθεί ως προσωρινές μπαταρίες. Συχνά χρησιμοποιούνται πυκνωτές σε ηλεκτρικά gadget για να διατηρηθεί η παροχή ρεύματος σε λειτουργία ενώ οι μπαταρίες αντικαθίστανται. (Αυτό εμποδίζει την απώλεια των πληροφοριών στην πτητική μνήμη.)

Οι παραδοσιακοί ηλεκτροστατικοί πυκνωτές έχουν ενεργειακή πυκνότητα περίπου 360 τζάουλ/κιλό. Ωστόσο, οι πυκνωτές με αναδυόμενη τεχνολογία έχουν ενεργειακή πυκνότητα μεγαλύτερη από 2,52 KJ/Kg (kilojoules ανά χιλιόγραμμο).

Παλμικά όπλα και δύναμη: 

Για πολλές παλμικές εφαρμογές, τεράστιες ομάδες ειδικά κατασκευασμένων πυκνωτών υψηλής τάσης χαμηλής επαγωγής χρησιμοποιούνται για την παροχή τεράστιων παλμών ρεύματος. Οι γεννήτριες Marx, η ηλεκτρομαγνητική διαμόρφωση, η έρευνα σύντηξης, ένα δίκτυο σχηματισμού παλμών, τα παλμικά λέιζερ και ένας επιταχυντής σωματιδίων είναι πυκνωτές που χρησιμοποιούν παραδείγματα αυτών των τεχνολογιών.

Στα πυρηνικά όπλα και σε άλλα εξειδικευμένα όπλα, μεγάλες δεξαμενές πυκνωτών χρησιμοποιούνται ως πηγές ενέργειας για πυροκροτητές ή συρμάτινη γέφυρα πυροκροτητών. Τα ρεζερβουάρ πυκνωτών χρησιμοποιούνται ως πηγή ενέργειας για οποιαδήποτε ηλεκτρομαγνητική θωράκιση και πηνίο σε οποιοδήποτε πείραμα ή ηλεκτρομαγνητικά όπλα.

Power Conditioning:

Ένας πυκνωτής δεξαμενής χρησιμοποιείται για να μαλακώσει την έξοδο από έναν ανορθωτή μισού ή πλήρους κύματος στην πηγή ισχύος. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως στοιχεία αποθήκευσης ενέργειας σε κυκλώματα αντλίας φόρτισης για τη δημιουργία μεγαλύτερων τάσεων από τη δεδομένη τάση εισόδου.

Οι πυκνωτές συνδέονται με κυκλώματα συνεχούς ρεύματος σε παράλληλη λειτουργία με τον περισσότερο ηλεκτρονικό εξοπλισμό για να εξομαλύνουν τις διακυμάνσεις ρεύματος για κυκλώματα σήματος ή ελέγχου. Αρκετοί πυκνωτές, για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται σε εξοπλισμό ήχου για να τερματίσουν τη γραμμή τροφοδοσίας πριν εισέλθει στο κύκλωμα σήματος. Οι πυκνωτές λειτουργούν ως τοπικό απόθεμα όταν έρχονται σε επαφή με πηγές συνεχούς ρεύματος, επιτρέποντας την παράκαμψη των ρευμάτων AC από τα τροφοδοτικά. Όταν ο πυκνωτής ακαμψίας προσαρμόζεται για αντίσταση και η αυτεπαγωγή οδηγεί σε μπαταρία οχήματος μολύβδου-οξέος, αυτό χρησιμοποιείται σε εφαρμογές ήχου αυτοκινήτου.

Συμπέρασμα

Για πολύ καιρό μετά την αποσύνδεση του ρεύματος από ένα κύκλωμα, οι πυκνωτές μπορεί να διατηρήσουν ένα φορτίο που μπορεί να προκαλέσει επιβλαβείς ή ακόμα και θανατηφόρους κραδασμούς ή ζημιά στον σχετικό εξοπλισμό. Αυτό είναι ικανό να προσφέρει ισχυρό σοκ. Οι πυκνωτές μεγάλου ή υψηλής τάσης γενικά αποφορτίζονται ως μέρος των διαδικασιών σέρβις ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Οι ενσωματωμένες αντιστάσεις εκφόρτισης στους πυκνωτές διασκορπίζουν την αποθηκευμένη ενέργεια σε ασφαλές επίπεδο μέσα σε δευτερόλεπτα μετά την απόσυρση του ρεύματος. Το βραχυκύκλωμα των ακροδεκτών των πυκνωτών υψηλής τάσης τους προστατεύει από δυνητικά επιβλαβείς τάσεις που προκαλούνται από τη διηλεκτρική απορρόφηση.