Πυκνωτές σε σειρά

Πολλά εξαρτήματα στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι υπεύθυνα για τη ροή σταθερού ρεύματος. Ο πυκνωτής είναι ένα από τα βασικά μέρη του ηλεκτρικού κυκλώματος, το οποίο συγκρατεί το ρεύμα και το αποθηκεύει για να εξισορροπήσει το ηλεκτρικό φορτίο στο κύκλωμα. Αυτό το εξάρτημα αποθηκεύει την ηλεκτρική ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό φορτίο και παράγει τη διαφορά δυναμικού ή τη στατική τάση μεταξύ των ηλεκτρικών πλακών. Ο πυκνωτής είναι μια συσκευή δύο ακροδεκτών που διαθέτει δύο ηλεκτρικούς αγωγούς σε μια ορισμένη απόσταση. Η ικανότητα αποθήκευσης του ηλεκτρικού φορτίου μεταξύ του πυκνωτή είναι η χωρητικότητά του.

Ποιες είναι οι εφαρμογές των πυκνωτών;

Οι πυκνωτές έχουν ποικίλες εφαρμογές, όπως συσκευές επεξεργασίας σήματος, φίλτρα, εκκινητήρες κινητήρα ή συστήματα αποθήκευσης ενέργειας. Χρησιμοποιούνται τόσο στον ηλεκτρικό όσο και στον ηλεκτρονικό τομέα.

• Η κύρια λειτουργία ενός πυκνωτή είναι να αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια. Επομένως, οι πυκνωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν όποτε απαιτείται πρόσθετη ισχύς, δηλαδή σε περίπτωση προσωρινής έλλειψης ρεύματος.
• Οι πυκνωτές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες. Η μέτρηση της μηχανικής καταπόνησης, της υγρασίας και του επιπέδου καυσίμου είναι μερικές από τις εφαρμογές όπου χρησιμοποιούνται ευρέως οι πυκνωτές.
• Οι πυκνωτές χρονισμού χρησιμοποιούνται σε συστήματα ηχείων ή LED για να δίνουν τακτικά ηχητικά σήματα ή φώτα που αναβοσβήνουν αντίστοιχα. Εδώ, οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα που εξαρτώνται από το χρόνο.

Πυκνωτές σε διαφορετικούς συνδυασμούς

Πολλαπλοί πυκνωτές συνδέονται συχνά σε πολλούς διαφορετικούς συνδυασμούς για να ληφθούν διαφορετικά επίπεδα χωρητικότητας. Αυτοί οι πολύπλοκοι συνδυασμοί πυκνωτών μπορούν να διαχωριστούν σε δύο βασικές κατηγορίες.

• Συνδυασμός σειράς
• Παράλληλος συνδυασμός 

Η συνολική χωρητικότητα των πυκνωτών σε σειριακούς και παράλληλους συνδυασμούς εξαρτάται όχι μόνο από τον τρόπο σύνδεσης τους αλλά και από τους μεμονωμένους πυκνωτές.

Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τους πυκνωτές σε σειρά και τον τρόπο λειτουργίας τους.

Πυκνωτές σε σειρά:

Σε διάφορες εφαρμογές, πολλαπλοί πυκνωτές που συνδέονται σε διαφορετικούς συνδυασμούς εξυπηρετούν ποικίλες απαιτήσεις. Αυτοί οι πολλαπλοί συνδεδεμένοι πυκνωτές λειτουργούν ως ένας μόνο πυκνωτής του οποίου η έξοδος εξαρτάται από τον τρόπο σύνδεσης. Η συνολική χωρητικότητα αυτού του συνδυασμού βασίζεται επίσης στην απόδοση των μεμονωμένων πυκνωτών.

Στην περίπτωση πυκνωτών σε σειρά, η προκύπτουσα χωρητικότητα είναι ίση με το σύνολο του άθροισης του χώρου μεταξύ κάθε πλάκας πυκνωτή.

Σε αυτόν τον τύπο συνδυασμού, η συνολική χωρητικότητα είναι μικρότερη από τις επιμέρους χωρητικότητες των πυκνωτών σε σειρά.

Ένας, δύο ή περισσότεροι πυκνωτές μπορούν να συνδεθούν σε συνδυασμό σε σειρά. Αλλά η συνολική επίδραση είναι αυτή του απλού πυκνωτή ή ισοδύναμου, που έχει τη συνολική απόσταση μεταξύ των πλακών κάθε πυκνωτή. Η χωρητικότητα στους πυκνωτές σε συνδυασμό μειώνεται με την αυξημένη απόσταση των πλακών, με όλους τους άλλους παράγοντες να παραμένουν αμετάβλητοι.

Ανάλυση πυκνωτών σε συνδυασμό σε σειρά:

Σε πολλές περιπτώσεις, απαιτείται η σύνδεση πολλών πυκνωτών σε σειρά για τη δημιουργία ενός λειτουργικού μπλοκ.

Αυτό το λειτουργικό μπλοκ συνδέεται με μια πηγή τάσης. Κάθε πυκνωτής στο λειτουργικό μπλοκ αποθηκεύει την ίδια ποσότητα φόρτισης. Υπονοεί ότι η συνολική ποσότητα φορτίου κατανέμεται εξίσου μεταξύ όλων των πυκνωτών. Σημειώστε ότι κάθε ένας από αυτούς τους πυκνωτές μπορεί να έχει ποικίλη χωρητικότητα. Εάν το Q ληφθεί ως το συνολικό ποσό φόρτισης στο λειτουργικό μπλοκ, τότε το ποσό φόρτισης σε κάθε πυκνωτή είναι 

Τώρα, ας εξηγήσουμε γιατί τα μεμονωμένα φορτία πυκνωτών είναι αμοιβαία τα ίδια ή ίσα και γιατί τα φορτία των μεμονωμένων πυκνωτών σε σειρά είναι ίσα με το συνολικό φορτίο του πλήρους λειτουργικού μπλοκ.

Ας υποθέσουμε ότι οι πυκνωτές σε σειρά είναι αφόρτιστοι σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Στη συνέχεια, όταν εφαρμόζετε μια τάση στο λειτουργικό μπλοκ, το ρεύμα που ρέει μέσω όλων των μεμονωμένων πυκνωτών είναι το ίδιο. Αυτή η ροή ρεύματος οδηγεί σε μετατόπιση φόρτισης.

Οι φορείς φορτίου ή τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από τη μια πλάκα ενός μεμονωμένου πυκνωτή στην άλλη. Σημαίνει ότι το αποθηκευμένο φορτίο οποιουδήποτε πυκνωτή πρέπει να προέρχεται από την πλάκα του διπλανού πυκνωτή. Τα ηλεκτρόνια πρέπει να έχουν μετατοπιστεί μέσω όλων των πυκνωτών, επομένως τα φορτία σε μεμονωμένους πυκνωτές σε σειρά είναι ίσα.

Τύπος πυκνωτή σειράς

Σκεφτείτε ότι σε ένα κύκλωμα 3 πυκνωτές συνδέονται σε σειρά  με την πηγή τάσης, V. Εδώ, αντίθετα φορτία ρέουν μέσα από το κύκλωμα και αποθηκεύονται στις πλάκες πυκνωτών. Οι χρεώσεις αυτές είναι ίσης έκτασης. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι αυτό ενός μόνο πυκνωτή με διαχωρισμό πλακών μεγαλύτερο από τον καθένα.

Εφαρμογές πυκνωτών σε σειρά

Ορισμένες εξέχουσες χρήσεις ή εφαρμογές πυκνωτών σε σειρά περιλαμβάνουν:

• Υψηλή τάση λειτουργίας:Οι πυκνωτές σε συνδέσεις σειράς μπορούν να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση των αυξημένων επιπέδων τάσης. Για παράδειγμα, για να φιλτράρετε μια παροχή 5 kV με πυκνωτές ονομαστικής ισχύος 1 kV, χρησιμοποιούνται πυκνωτές σε συνδυασμούς σειράς. Η τάση κατανέμεται εξίσου μεταξύ κάθε πυκνωτή σε μια σύνδεση σειράς και δεν υπερβαίνει την υψηλότερη βαθμολογία.
• Χωρητικός διαιρέτης τάσης:Ο διαιρέτης τάσης είναι μια συσκευή που διαιρεί την εφαρμοζόμενη τάση σε αριθμούς εξόδων τάσης σε συγκεκριμένες αναλογίες. Για να σχεδιαστεί ένας διαιρέτης τάσης, απαιτούνται πυκνωτές και αντιστάσεις. Όταν χρησιμοποιούνται πυκνωτές σε συνδυασμούς σειράς, η εφαρμοζόμενη τάση σε κάθε πυκνωτή είναι διαφορετική. Εξαρτάται από τις τιμές χωρητικότητας.

Συμπέρασμα

Ο πυκνωτής είναι ένα σημαντικό θέμα που περιλαμβάνεται σε όλα τα αναλυτικά προγράμματα κεντρικών διαγωνιστικών εξετάσεων. Επομένως, οι υποψήφιοι που εμφανίζονται για εξέταση πίνακα ή οποιαδήποτε εξέταση σε εθνικό επίπεδο θα πρέπει να βελτιώσουν τις γνώσεις τους σχετικά με τους πυκνωτές σε σειρά και παράλληλα.

Αυτό το άρθρο εστιάζει κυρίως στη λειτουργία, την εφαρμογή και την παραγωγή του τύπου των πυκνωτών σε σειρά.