Transcript Document

Χρωματικός κώδικας πολυεστερικών πυκνωτών
1
Υπολογισμός τιμής πολυεστερικού πυκνωτή
Ο υπολογισμός της ονομαστικής τιμής ενός πυκνωτή πολυεστέρα, είναι
παρόμοιος με την μέθοδο υπολογισμού των αντιστάσεων, βασιζόμενος
στο χρωματικό κώδικα του πίνακα χρωμάτων πολυεστερικών πυκνωτών.
Οι πολυεστερικοί πυκνωτές έχουν 5 οριζόντιες χρωματικές λωρίδες που
δίνουν την ονομαστική τιμή, την ανοχή και την μέγιστη τάση λειτουργίας
τους. Ξεκινώντας από πάνω προς τα κάτω οι δύο πρώτες ζώνες δίνουν την
τιμή της ονομαστικής χωρητικότητας και η τρίτη ζώνη τον
πολλαπλασιαστή σε pF. Η τέταρτη ζώνη μας δίνει την ανοχή του πυκνωτή
και η τελευταία τη μέγιστη τάση λειτουργίας του. Σε περίπτωση που ένας
πυκνωτής πολυεστέρα δεν έχει χρωματικό κώδικα, τότε η τιμή του θα
αναγράφεται με συμβολισμό. Δηλαδή η τιμή του θα αναγράφεται σε μF
και θα ακολουθείται από το γράμμα J, K ή Μ που δηλώνει την ανοχή του
πυκνωτή, J=±5%, Κ=±10% και Μ=±20%. Στη συνέχεια, θα ακολουθεί η
τάση λειτουργίας του σε Volt .
2
Παράδειγμα
•
Δίνεται ο πολυεστερικός πυκνωτής που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα . Ποια είναι η
τιμή του ;
•
Απάντηση :
Βλέπουμε έναν πυκνωτή πολυεστέρα, όπου οι δύο πρώτες ζώνες έχουν πορτοκαλί χρώμα
και η τρίτη ζώνη κίτρινο. Σύμφωνα με τον παραπάνω πίνακα η ονομαστική του τιμή θα
είναι 330.000 pF ή αλλιώς 330nF. Η ανοχή του είναι το τέταρτο χρώμα (άσπρο), οπότε
σύμφωνα με τον χρωματικό πίνακα είναι ±10% και το τελευταίο χρώμα (καφέ), μας
δίνει μέγιστη τάση λειτουργίας τα 100V
3
• Έστω ότι έχουμε έναν πολυεστερικό πυκνωτή με συμβολισμό : .033 Κ 400 . Ποια είναι
η τιμή του ;
•
Απάντηση :
33nF, ±10%, 400V
Χρωματικός κώδικας πυκνωτών τανταλίου
4
Υπολογισμός τιμής πυκνωτών τανταλίου με
χρωματικό κώδικα
Οι πυκνωτές τανταλίου με χρωματικό κώδικα αποτελούνται από τρεις οριζόντιες χρωματικές
λωρίδες και μια στρογγυλή χρωματική βούλα στην μέση. Ξεκινώντας από πάνω προς τα
κάτω, η πρώτη χρωματική λωρίδα αντιστοιχεί στο πρώτο ψηφίο του αριθμού της τιμής
χωρητικότητας του πυκνωτή και η δεύτερη χρωματική λωρίδα στο δεύτερο ψηφίο της
τιμής του πυκνωτή. Η στρογγυλή βούλα στην μέση είναι ο πολλαπλασιαστής και
καθορίζει την τιμή του πυκνωτή σε μF. Η τελευταία χρωματική ζώνη στην βάση του
πυκνωτή καθορίζει την μέγιστη τάση λειτουργίας του . Η αντιστοιχία των χρωματικών
ζωνών, του πολλαπλασιαστή και της τάσης με τις τιμές που αντιστοιχούν, φαίνονται στον
πίνακα χρωμάτων . Η πολικότητα του πυκνωτή βρίσκεται εύκολα, καθώς όπως κρατάμε
τον πυκνωτή βλέποντας την βούλα στη μέση, ο δεξιός ακροδέκτης είναι ο θετικός
ακροδέκτης και ο αριστερός είναι ο αρνητικός ακροδέκτης, όπως βλέπουμε και στο
σχήμα.
5
Παράδειγμα
•
Έστω ότι δίνεται ένας πυκνωτής τανταλίου όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Ποια είναι η τιμή του ;
•
Απάντηση :
Η πρώτη ζώνη έχει κίτρινο χρώμα, η δεύτερη ζώνη έχει μωβ χρώμα και η βούλα στη
μέση έχει λευκό χρώμα. Επομένως, σύμφωνα με τον χρωματικό κώδικα η τιμή του
πυκνωτή θα είναι : 47 * 0.1 = 4.7 μF. Ενώ, η μέγιστη τάση λειτουργίας είναι 10 V,
αφού η τελευταία ζώνη έχει μαύρο χρώμα.
6
Ανάγνωση τιμής κεραμικού πυκνωτή
Οι κεραμικοί πυκνωτές συνήθως αναγράφουν στο σώμα τους με ειδικό συμβολισμό την
ονομαστική τους τιμή. Οι πυκνωτές ιαπωνικής κατασκευής αναγράφουν την τιμή τους
στο σώμα τους με τριψήφιο νούμερο, όπου τα δύο πρώτα δηλώνουν την ονομαστική
τους τιμή και το τρίτο κατά σειρά νούμερο είναι ο πολλαπλασιαστής. Το τρίτο νούμερο
δηλαδή δηλώνει τον αριθμό των μηδενικών που ακολουθούν τα δύο πρώτα νούμερα και
η τιμή αυτή είναι σε pF.
Ενδεικτικά παραδείγματα τιμών κεραμικών πυκνωτών.
•
101=100pF

331=330pF
•
472=4.700pF ή 4,7nF
•
224=220.000pF ή 220nF
Σε ορισμένους τύπους πυκνωτών η ονομαστική τιμή τους αναγράφεται με μια τελεία
μπροστά ακολουθούμενη από έναν αριθμό. Είναι η τιμή του πυκνωτή σε μF.
Παραδείγματα:
•
.047=47000pF ή 47nF
•
.0022=2200pF ή 2,2nF
7
Παράδειγμα
•
Δίνεται ο παρακάτω κεραμικός πυκνωτής. Ποια είναι η τιμή του ;
•
Απάντηση :
Τα δύο πρώτα ψηφία δηλώνουν την ονομαστική τιμή του πυκνωτή , ενώ το τρίτο τον
πολλαπλασιαστή. Επομένως , η τιμή του θα είναι : 47 * 10000 = 470000 pF ή 470 nF
8
Κύρια χαρακτηριστικά λειτουργίας των πυκνωτών
Η επιλογή ενός πυκνωτή γίνεται με βάση τα παρακάτω χαρακτηριστικά του
γνωρίσματα :
•
Ονομαστική τιμή χωρητικότητας (Rated capacitance) CR :
Είναι η χωρητικότητα για την οποία έχει σχεδιασθεί και κατασκευασθεί ένας πυκνωτής
και υπολογίζεται σε συγκεκριμένη θερμοκρασία και συχνότητα. Η τιμή της
χωρητικότητας αναγράφεται στην επιφάνεια του πυκνωτή είτε με κώδικα χρωμάτων
είτε με κώδικα γραμμάτων και αριθμών.
•
Ανοχή (Tolerance) :
Η πραγματική τιμή της χωρητικότητας ενός πυκνωτή παρουσιάζει συνήθως μία
απόκλιση από την αναγραφόμενη τιμή. Τα όρια μέσα στα οποία επιτρέπεται η
απόκλιση καθορίζονται με την ανοχή που αναγράφεται πάνω στους πυκνωτές σαν
ποσοστό μεταβολής. Η ανοχή συνήθως είναι μεγάλη της τάξης του 20%, 10%, 5%,
αλλά υπάρχουν και πυκνωτές με ανοχή μικρότερη από 1%. Όσο μικρότερη είναι η
ανοχή τόσο μεγαλύτερη ακρίβεια τιμής έχουμε για τον πυκνωτή.
•
Τάση λειτουργίας VDC:
Είναι η μέγιστη συνεχής τάση που μπορεί να εφαρμοσθεί στους οπλισμούς του πυκνωτή
συνεχώς σε συγκεκριμένη θερμοκρασία (συνήθως 40ο ) χωρίς κίνδυνο
καταστροφής του πυκνωτή. Η τάση λειτουργίας αναγράφεται στην επιφάνεια του
πυκνωτή. Η υπέρβαση αυτής της τάσης για σημαντικό χρονικό διάστημα θα επιφέρει
διάτρηση του μονωτικού υλικού , δηλαδή καταστροφή του πυκνωτή
9
•
Τάση δοκιμής :
Είναι η μέγιστη συνεχής τάση που εφαρμόσθηκε για μικρό χρόνο (1 min) στον πυκνωτή
χωρίς να καταστραφεί το διηλεκτρικό του. Είναι δηλαδή τάση ελέγχου αντοχής του
πυκνωτή και συνήθως είναι υπερδιπλάσια της τάσης λειτουργίας του.
•
Αντίσταση μόνωσης :
Στην πραγματικότητα το διηλεκτρικό κάθε πυκνωτή δεν παρουσιάζει άπειρη αντίσταση
αλλά απλώς πολύ μεγάλη της τάξης των MΩ . Έτσι , ο πυκνωτής δε μένει φορτισμένος
συνεχώς αλλά εμφανίζεται ρεύμα διαρροής που εκφορτίζει τον πυκνωτή ανάλογα με τη
σταθερά χρόνου . Αυτήν η αντίσταση εκφόρτισης ή μόνωσης μπορεί να υπολογισθεί και
μετράται σε ΜΩ x μF.
•
Σταθερά χρόνου :
Ο χρόνος φόρτισης ή εκφόρτισης t ενός πυκνωτή είναι ανάλογος με το γινόμενο Τ= RC, το
οποίο καλείται σταθερά χρόνου του κυκλώματος, όπου :
Τ : σταθερά χρόνου σε sec
R: η ωμική αντίσταση του κυκλώματος σε Ω
C:η χωρητικότητα του πυκνωτή σε F
Η σταθερά χρόνου του κυκλώματος εκφράζει την «αδράνεια» που εμφανίζει το σύστημα
αντίσταση-πυκνωτής στη φόρτιση του πυκνωτή.
10
•
Συντελεστής θερμοκρασίας :
Η χωρητικότητα των πυκνωτών εξαρτάται από τη θερμοκρασία , της οποίας συνάρτηση
είναι η διηλεκτρική σταθερά του υλικού του πυκνωτή. Ο συντελεστής θερμοκρασίας
δίνεται από τη σχέση : αC = ΔC / ΔT , όπου :
αC : ο συντελεστής θερμοκρασίας του πυκνωτή
ΔC : η μεταβολή της χωρητικότητας του πυκνωτή λόγω μεταβολής της θερμοκρασίας
κατά ΔΤ
C : η ονομαστική τιμή της χωρητικότητας του πυκνωτή
•
Απώλειες πυκνωτή :
Το διηλεκτρικό μεταξύ των οπλισμών ενός πυκνωτή δεν παρουσιάζει άπειρη αντίσταση
, όπως έχει προαναφερθεί, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ενός ρεύματος διαρροής .
Αυτό σημαίνει ότι έχουμε κατανάλωση ενέργειας και άρα απώλειες ισχύος . Η
απώλεια ισχύος μπορεί να υπολογισθεί από τη σχέση : Ρ = V2 / R
Οι απώλειες ισχύος εξαρτώνται από την τάση που εφαρμόζεται στα άκρα του πυκνωτή
και από τη θερμοκρασία .
11
• Τα κύρια χαρακτηριστικά στοιχεία των πυκνωτών , δηλαδή η χωρητικότητα, η τάση
λειτουργίας και δοκιμής καθώς επίσης οι απώλειες και η ανοχή τους εξαρτώνται: α)από
τη διηλεκτρική σταθερά K και β)από το συντελεστή απωλειών της ισχύος τους.
• Διηλεκτρική σταθερά K
Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή μεταβάλλεται με την αλλαγή του διηλεκτρικού του . Αυτό
οφείλεται στη διηλεκτρική σταθερά Κ των διηλεκτρικών υλικών, η οποία είναι
διαφορετική για κάθε μονωτικό . Το Κ ορίζεται ως λόγος της χωρητικότητας ενός
πυκνωτή με διηλεκτρικό διάφορο του αέρα (Cx) προς τον ίδιο πυκνωτή με διηλεκτρικό
τον ατμοσφαιρικό αέρα(Ca), δηλαδή : Κ = Cx / Ca
Η διηλεκτρική σταθερά του αέρα είναι μικρότερη από όλα τα άλλα μονωτικά, θεωρείται ίση
με τη μονάδα (Κ=1) και χρησιμοποιείται ως μέτρο σύγκρισης για τα διηλεκτρικά
οποιασδήποτε φύσης . Η τιμή του Κ εξαρτάται από την ποιότητα του τρόπου
επεξεργασίας του κάθε μονωτικού και από τις ιδιότητές του . Δεν παραμένει σταθερή,
αλλά μεταβάλλεται με την θερμοκρασία, την υγρασία , την εφαρμοζόμενη τάση και
συχνότητα.
Από τον τύπο Κ = Cx / Ca γίνεται κατανοητό ότι με τη χρήση διηλεκτρικού με μεγάλο Κ
μπορούμε να αυξήσουμε τη χωρητικότητα ενός πυκνωτή, διατηρώντας τον ίδιο όγκο ή
αντίστροφα να μειώσουμε τον όγκο του πετυχαίνοντας την ίδια χωρητικότητα.
Για πυκνωτές με τάση εργασίας μεγαλύτερη από 220V παρεμβαίνει ένας ακόμη παράγοντας
από τον οποίο εξαρτάται ο όγκος τους, η ηλεκτροστατική αντοχή του διηλεκτρικού
τους, δηλαδή η ικανότητά του στο να μην διατρυπιέται από την εφαρμοζόμενη τάση
στους οπλισμούς του πυκνωτή . Η αύξηση όμως της ηλεκτροστατικής αντοχής
συνεπάγεται και αύξηση του πάχους του χρησιμοποιούμενου διηλεκτρικού και επομένως
και την αύξηση του όγκου του κατασκευαζόμενου πυκνωτή.
12
• Απώλειες ισχύος :
Αν σε ένα μονωτικό υλικό εφαρμοσθεί εναλλασσόμενη τάση, το υλικό θερμαίνεται . Αυτό
οφείλεται στη διαρκή μετατόπιση, στην οποία υπόκεινται τα ελάχιστα ελεύθερα
ηλεκτρόνια που οπωσδήποτε διαθέτει. Η ενέργεια που απορροφά το κύκλωμα και που
μετατρέπεται σε θερμότητα αποτελεί απώλεια ισχύος μέσα στο μονωτικό ή στο
διηλεκτρικό του πυκνωτή.
Ονομάζεται συντελεστής απωλειών δ το γινόμενο της χωρητικότητας ενός ιδανικού
πυκνωτή C (χωρίς απώλειες) και μιας αντίστασης R, συνδεδεμένης σε σειρά προς αυτόν,
μέσα στην οποία αναπτύσσονται οι απώλειες ισχύος, δηλαδή δ = ω·C·R.
O συντελεστής απωλειών αυξάνει με την αύξηση της χωρητικότητας και της αντίστασης
απωλειών, εξαρτάται όμως και από την συχνότητα (ω=2πf) της τάσης που εφαρμόζεται
στους οπλισμούς του πυκνωτή: δηλαδή, όταν αυξάνεται η συχνότητα αυξάνονται και οι
απώλειες . Όσο μικρότερος είναι ο συντελεστής απωλειών ισχύος τόσο καλύτερης
ποιότητας είναι ο πυκνωτής . Το μεγαλύτερο συντελεστή απωλειών ισχύος
παρουσιάζουν οι πυκνωτές χάρτου και οι ηλεκτρολυτικοί (0,01-0,05) και γι ΄ αυτό είναι
ακατάλληλοι να εργαστούν σε υψηλή συχνότητα . Αντίθετα, οι πυκνωτές πολυεστέρα,
πολυστερίνης ,οι πολυκαρβονικοί και οι πυκνωτές μίκας, επειδή παρουσιάζουν μικρό
συντελεστή απωλειών ισχύος (0,0001-0,0003) χρησιμοποιούνται πολύ στις υψηλές
συχνότητες . Οι κεραμικοί πυκνωτές, ανάλογα με τον τύπο τους, παρουσιάζουν
συντελεστή ισχύος (0,004-0,0003) και είναι επίσης κατάλληλοι για υψηλή συχνότητα.Οι
πυκνωτές αυτοί μπορούν να κατασκευαστούν με θετικό ή αρνητικό συντελεστή
θερμοκρασίας, δηλαδή μπορεί να αυξάνεται η να μειώνεται η χωρητικότητά τους με την
αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος.
Γενικά, η χωρητικότητα των πυκνωτών μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία.Η μεταβολή στα
% δείχνεται με καμπύλες.Τα όρια της θερμοκρασίας, μέσα στα οποία πρέπει να
εργάζεται ο πυκνωτής και που για τους περισσότερους τύπους βρίσκονται μεταξύ -30
και +85 ºC,δίνονται από τον κατασκευαστή.
13