Соединение конденсаторов: руководство для начинающих

В электротехнике существуют различные варианты подключения электрических элементов. В частности, существует последовательное, параллельное или смешанное соединение конденсаторов, в зависимости от потребностей схемы. Рассмотрим их.

Параллельное соединение

Параллельное соединение характеризуется тем, что все пластины электрических конденсаторов присоединяются к точкам включения и образовывают собой батареи. В таком случае, во время заряда конденсаторов каждый из них будет иметь различное число электрических зарядов при одинаковом количестве подводимой энергии

схема параллельного крепления
Схема параллельного крепления

 

Емкость при параллельной установке рассчитывается исходя из емкостей всех конденсаторов в схеме. При этом, количество электрической энергии, поступающей на все отдельные двухполюсные элементы цепи, можно будет рассчитать, суммировав сумму энергии, помещающейся в каждый конденсатор. Вся схема, подключенная таким образом, рассчитывается как один двухполюсник.

Cобщ = C1 + C2 + C3

напряжение на накопителях
Схема — напряжение на накопителях

 

В отличие от соединения звездой, на обкладки всех конденсаторов попадает одинаковое напряжение. Например, на схеме выше мы видим, что:

VAB = VC1 = VC2 = VC3 = 20 Вольт

Последовательное соединение

Здесь к точкам включения присоединяются контакты только первого и последнего конденсатора.

схема последовательного соединения
Схема — схема последовательного соединения

 

Главной особенностью работы схемы является то, что электрическая энергия будет проходить только по одному направлению, значит, что в каждом из конденсаторов ток будет одинаковым. В такой цепи для каждого накопителя, независимо от его емкости, будет обеспечиваться равное накопление проходящей энергии. Нужно понимать, что каждый из них последовательно соприкасается со следующим и предыдущим, а значит, емкость при последовательном типе может воспроизводиться энергией соседнего накопителя.

Формула, которая отражает зависимость тока от соединения конденсаторов, имеет такой вид:

i = ic1 = ic2 = ic3 = ic4, то есть токи проходящие через каждый конденсатор равны между собой.

Следовательно, одинаковой будет не только сила тока, но и электрический заряд. По формуле это определяется как:

Qобщ= Q1 = Q2 = Q3

А так определяется общая суммарная емкость конденсаторов при последовательном соединении:

1/Cобщ = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

Видео: как соединять конденсаторы параллельным и последовательным методом

Смешанное подключение

Но, стоит учитывать, что для соединения различных конденсаторов необходимо учитывать напряжение сети. Для каждого полупроводника этот показатель будет отличаться в зависимости от емкости элемента. Отсюда следует, что отдельные группы полупроводниковых двухполюсников малой емкости будут при зарядке становиться больше, и наоборот, электроемкость большого размера будет нуждаться в меньшем заряде.

Смешанное соединение конденсаторов
Схема: смешанное соединение конденсаторов

Существует также смешанное соединение двух и более конденсаторов. Здесь электрическая энергия распределяется одновременно при помощи параллельного и последовательного подключения электролитических элементов в цепь. Эта схема имеет несколько участков с различным подключением конденсирующих двухполюсников. Иными словами, на одном цепь параллельно включена, на другом – последовательно. Такая электрическая схема имеет ряд достоинств сравнительно с традиционными:

  1. Можно использовать для любых целей: подключения электродвигателя, станочного оборудования, радиотехнических приборов;
  2. Простой расчет. Для монтажа вся схема разбивается на отдельные участки цепи, которые рассчитываются по отдельности;
  3. Свойства компонентов не изменяются независимо от изменений электромагнитного поля, силы тока. Это очень важно при работе с разноименными двухполюсниками. Ёмкость постоянна при постоянном напряжении, но, при этом, потенциал пропорционален заряду;
  4. Если требуется собрать несколько неполярных полупроводниковых двухполюсников из полярных, то нужно взять несколько однополюсных двухполюсника и соединить их встречно-параллельным способом (в треугольник). Минус к минусу, а плюс к плюсу. Таким образом, за счет увеличения емкости изменяется принцип работы двухполюсного полупроводника.

Расчет индуктивностей

Первоначально при соединении конденсаторов осуществляется расчет цепи, формула индуктивностей и сопротивлений зависит от типа включения. Существует два основных правила:

  1. Если применяется последовательное соединение, то индуктивность складывается с ёмкостью. Формула имеет следующий вид: 1/C = 1/C1 + 1/C1 +… + 1/Cn;
  2. Чтобы рассчитать емкость конденсатора при параллельном, нужно: C = C1 + C2 + C3 +…+ Cn.

Нужно отметить, что при последовательном соединении их суммарная емкость и схема подключения также может рассчитываться другим способом:

C = С1 х С2/ С1 + С2

Это определение действительно для любого количества двухполюсников, подключающимися одинаковыми полюсами.

Чтобы рассчитать плоский конденсатор (для постоянного тока), используется следующая формула:

C=εa * S / d = εr * ε0 * S / d.

В этом уравнении S – это площадь каждой пластины у двухполюсника;

d – расстояние между конденсаторами;

ε0 ≈ 8,85418782⋅10−12

εr * ε0 – это постоянный коэффициент зависимости между проницаемостью цепи.

Обратите внимание, что для переменного необходимо применять другую формулу:

Cn=∑nk=1 Ck

При соединении конденсаторов звездой используется расчет по системе нескольких уравнений (трех и более). Таким образом, независимо от количества двухполюсников, находится их зависимость по следующей формуле:

C1=C12+C13+C12⋅C13 / C23

C2=C12+C23+C12⋅C23 / C13

C3=C13+C23+C13⋅C23 / C12.

Эта система справедлива для катушки двигателя (фазное соединение), расчета электрической схемы пуска, состоящей из нескольких конденсаторов и прочих соединений, где присутствует более 9 элементов, соединенных параллельно. Профессиональные электрики и радиотехники рекомендуют использовать для получения правильного результата принцип Крамера для вычисления определителя математических систем. Стоит помнить, что округление в таких формулах нежелательны.

Электрические схемы с обкладками (второе название конденсаторов) дополнительно рассчитываются на заряды отдельных элементов: Q1 = C1U, Q2 = C2U, Q3 = C3U и т. д. Это позволяет подобрать подходящий для конкретного соединения, вывод. Этот показатель рассчитывается на все типы соединений независимо от количества элементов.


Похожие материалы:


Отзывы и комментарии

Вы можете оставить отзывы и комментарии к записи: "Соединение конденсаторов: руководство для начинающих"