Οι πυκνωτές είναι ένα ουσιαστικό παθητικό στοιχείο των ηλεκτρικών κυκλωμάτων λόγω του ευρέος φάσματος των εφαρμογών τους. Επιπλέον, η επιλογή ενός κατάλληλου τύπου πυκνωτή για ένα κύκλωμα είναι απαραίτητη καθώς οι πυκνωτές χωρίζονται σε διαφορετικούς τύπους με βάση τη δομή και τη σύνθεσή τους. Ο πυκνωτής φιλμ είναι ένας από τους τύπους πυκνωτών που έχει μεγάλη διάρκεια ζωής, χαμηλή αυτοεπαγωγή και μπορεί να απορροφήσει τις υπερτάσεις ισχύος στα κυκλώματα χωρίς να καταστραφεί.
Περίγραμμα:
Τι είναι ένας πυκνωτής φιλμ
Κατασκευή και εργασία πυκνωτή φιλμ
Τύποι πυκνωτών φιλμ
Αυτοθεραπευτικό χαρακτηριστικό των πυκνωτών φιλμ
Snubber Circuit
Φίλτρα ισχύος
Φίλτρα EMI
συμπέρασμα
Τι είναι ένας πυκνωτής φιλμ
Ένας πυκνωτής φιλμ είναι αυτός που έχει μια πλαστική μεμβράνη ως διαλεκτική μεταξύ των πλακών του που τον καθιστά λιγότερο ακριβό και διατηρεί σταθερά τα χαρακτηριστικά του για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Αυτή η πλαστική μεμβράνη είναι αρκετά λεπτή καθώς έχει πάχος ενός μικρομέτρου. Αυτός ο πυκνωτής εμπίπτει στην κατηγορία του μη πολωμένου πυκνωτή και αυτό τον καθιστά αρκετά χρήσιμο σε κυκλώματα AC. Οι πυκνωτές φιλμ μπορούν να αντέξουν υπέρταση που είναι διπλάσια από την ονομαστική τους χωρητικότητα τάσης.
Κατασκευή και εργασία πυκνωτή φιλμ
Υπάρχουν διάφοροι τύποι πλαστικών μεμβρανών που χρησιμοποιούνται σε έναν πυκνωτή φιλμ που έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά, για παράδειγμα το φιλμ πολυπροπυλενίου παρέχει υψηλότερη αντίσταση μόνωσης και είναι κατάλληλο για κυκλώματα με υψηλότερα ρεύματα. Επιπλέον, το θειούχο πολυπροπυλένιο έχει υψηλή αντοχή στη θερμότητα και καλά θερμικά χαρακτηριστικά, αλλά είναι ακριβό. Ιδού λοιπόν οι τύποι μεμβρανών με τα χαρακτηριστικά τους που χρησιμοποιούνται ως διηλεκτρικά σε πυκνωτές φιλμ:
Τύπος πυκνωτών φιλμ
Τώρα με βάση το υλικό διηλεκτρικής μεμβράνης του πυκνωτή μεμβράνης, τα χαρακτηριστικά του ποικίλλουν πολύ, επομένως εδώ είναι ένας πίνακας που εμφανίζει τα χαρακτηριστικά των πυκνωτών φιλμ με βάση διαφορετικούς τύπους μονωτικού υλικού:
Για να επεξηγηθεί περαιτέρω η κατασκευή των πυκνωτών, υπάρχουν δύο τύποι πυκνωτών φιλμ ο ένας είναι πυκνωτές φιλμ μεμβράνης και ο άλλος είναι μεταλλικοί πυκνωτές ή πυκνωτής εναπόθεσης ατμού:
Πυκνωτές φιλμ αλουμινίου
Αυτός ο τύπος πυκνωτή έχει ηλεκτρόδια που είναι κατασκευασμένα από μεταλλικό φύλλο και τα οποία τοποθετούνται ανάμεσα στα πλαστικά φύλλα του διηλεκτρικού. Αυτοί είναι πυκνωτές φιλμ τύπου τυλιγμένου που μπορεί να είναι είτε επαγωγικοί είτε μη επαγωγικοί και η διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι ο επαγωγικός πυκνωτής φιλμ μεμβράνης στόχου έχει τους ακροδέκτες του απευθείας συνδεδεμένους με ηλεκτρόδια πριν την περιέλιξη. Ενώ ο μη επαγωγικός πυκνωτής μεμβράνης έχει ακροδέκτες που συνδέονται με τις ακραίες όψεις.
Οι μη επαγωγικοί πυκνωτές φιλμ ηλεκτροδίων φύλλου παρουσιάζουν χαμηλότερη επαγωγή και έχουν χαρακτηριστικά υψηλής συχνότητας σε σύγκριση με τους επαγωγικούς. Στον πυκνωτή επαγωγικής μεμβράνης φύλλου, τα μεταλλικά φύλλα τοποθετούνται μεταξύ δύο πλαστικών μεμβρανών και δεν συνδέονται απευθείας:
Ενώ στον μη επαγωγικό πυκνωτή μεμβράνης αλουμινίου, τα μεταλλικά φύλλα τοποθετούνται με τέτοιο τρόπο ώστε κάθε φύλλο να τοποθετείται σε έναν ορισμένο βαθμό από τις πλαστικές μεμβράνες του διηλεκτρικού:
Μεταλλοποιημένος Πυκνωτής Φιλμ
Ένας άλλος τύπος πυκνωτή φιλμ είναι ο πυκνωτής μεταλλοποιημένου φιλμ, καθώς έχει ένα λεπτό μεταλλικό στρώμα που ψεκάζεται στη μία πλευρά του διηλεκτρικού πλαστικού φιλμ. Αυτό το εναποτιθέμενο στρώμα μετάλλου στο πλαστικό φιλμ δημιουργεί ένα ηλεκτρόδιο πυκνωτών που είναι αρκετά λεπτό, γεγονός που το καθιστά πολύ μικρότερο από τον πυκνωτή φιλμ τύπου ηλεκτροδίου. Αυτοί οι πυκνωτές είναι μόνο μη επαγωγικού τύπου, αλλά μπορούν να είναι τύπου τυλιγμένου ή πολυστρωματικού τύπου:
Ο πυκνωτής φιλμ λειτουργεί το ίδιο με τον γενικό πυκνωτή, δηλαδή όταν συνδέεται μια τροφοδοσία σε αυτόν, το δυναμικό μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων αρχίζει να συσσωρεύεται. Όταν το φορτίο και στις δύο πλάκες συσσωρεύεται στην χωρητικότητά τους, σημαίνει ότι ο πυκνωτής είναι πλήρως φορτισμένος. Επιπλέον, αυτοί οι πυκνωτές μεμβράνης διαθέτουν ένα χαρακτηριστικό αυτο-ίασης που αυξάνει τη διάρκεια ζωής τους.
Αυτοθεραπευτικό χαρακτηριστικό των πυκνωτών φιλμ
Κάθε φορά που η μόνωση απομεταλώνεται λόγω υψηλού ρεύματος, υψηλής θερμοκρασίας ή οποιασδήποτε υπέρτασης, ο πυκνωτής μεμβράνης οξειδώνει το περιβάλλον εναποτιθέμενο φιλμ. Αυτό διαχωρίζει την υπόλοιπη περιοχή χωρητικότητας από την ελαττωματική και έτσι συνεχίζει να λειτουργεί σωστά:
Ωστόσο, αυτή η απομόνωση της περιοχής σφάλματος από τον υπόλοιπο πυκνωτή μπορεί επίσης να μειώσει την χωρητικότητα του πυκνωτή με την πάροδο του χρόνου. Επιπλέον, υπάρχει ένας παρακάτω πίνακας που δείχνει την υποβάθμιση της χωρητικότητας του πυκνωτή με την πάροδο του χρόνου λόγω της οξείδωσης:
Εδώ στον παραπάνω πίνακα, το μπλε γράφημα δείχνει την χωρητικότητα χωρίς αυτο-ίαση καθώς η υποβάθμιση μπορεί να είναι εξαιρετικά υψηλή, οδηγώντας σε τεράστια αστοχία. Εάν τα ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται με ασφάλειες στη σύνθεση πυκνωτών φιλμ, τότε η καμπύλη υποβάθμισης θα είναι αυτή στο πράσινο χρώμα.
Εάν οι ασφάλειες δεν είναι σωστά συνδεδεμένες στο πρωτεύον στοιχείο, μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία του πυκνωτή με αποτέλεσμα τη γρήγορη απώλεια χωρητικότητας. Η καφέ καμπύλη είναι για τον πυκνωτή μεμβράνης υψηλής ισχύος που έχει κατάλληλα τεμαχισμένα ηλεκτρόδια τα οποία έχουν σημαντικά μεγαλύτερη πυκνότητα λόγω εμποτισμού καθαρού λαδιού.
Αυτοί οι τύποι πυκνωτών φιλμ έχουν σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μην χάνουν περισσότερο από το 2 τοις εκατό της αρχικής χωρητικότητας ενώ εργάζονται στις ονομαστικές τιμές τάσης και ρεύματος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτοί οι πυκνωτές φιλμ τείνουν να έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τους άλλους τύπους πυκνωτών και χρησιμοποιούνται ευρέως σε κυκλώματα AC.
Πυκνωτές φιλμ σε κύκλωμα Snubber
Τα κυκλώματα ισχύος συνήθως αντιμετωπίζουν αιχμές ρεύματος και τάσης λόγω υψηλότερων ρυθμών μεταβολής των τάσεων και για την αντιμετώπιση τέτοιων ζητημάτων χρησιμοποιούνται κυκλώματα snubber. Κυρίως τα κυκλώματα snubber έχουν πυκνωτές φιλμ για μείωση της ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής και της καταπόνησης ημιαγωγών. Ο πυκνωτής μεμβράνης μπορεί να αντέξει υψηλότερο ρυθμό μεταβολής της τάσης που μπορεί να προκαλέσει υψηλότερο ρεύμα να περάσει μέσα από αυτό. Έτσι, η διηλεκτρική πλαστική μεμβράνη από πολυπροπυλένιο στον πυκνωτή θα ταιριάζει καλά, καθώς έχει την ικανότητα να αντέχει τις αιχμές τάσης και ρεύματος λόγω της χαμηλής αντίστασης και της επαγωγής ισοδύναμης σειράς:
Όταν το MOSFET είναι εκτός λειτουργίας, ο πυκνωτής θα φορτιστεί μέσω της αντίστασης R 1 και όταν το MOSFET είναι σε κατάσταση λειτουργίας, ο πυκνωτής θα εκφορτιστεί μέσω της αντίστασης και της γείωσης.
Πυκνωτής φιλμ ως φίλτρα ισχύος
Για να φιλτράρουν τα σήματα σε μετατροπείς και κινητήρες, οι πυκνωτές στην έξοδο περνούν τα υψηλά ρεύματα κυματισμού για να μειώσουν τα επίπεδα του ρυθμού μεταβολής της τάσης. Αυτό τελικά μειώνει την καταπόνηση και την ηλεκτρομαγνητική καταπόνηση στο σύστημα. Μια πρακτική εφαρμογή των πυκνωτών φιλμ ως φίλτρο ισχύος δίνεται παρακάτω στο κύκλωμα:
Όταν συνδέεται μια τροφοδοσία AC, οι πυκνωτές θα πρέπει να είναι μη πολωμένοι, εξαιρουμένης της χρήσης ηλεκτρολυτικών πυκνωτών αλουμινίου.
Πυκνωτές φιλμ ως φίλτρα EMI
Για το φιλτράρισμα των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών για τα κυκλώματα, χρησιμοποιούνται πυκνωτές μεταλλοποιημένου φιλμ λόγω της λειτουργίας αστοχίας ανοιχτού κυκλώματος και της ικανότητάς τους να αντιμετωπίζουν υψηλές τάσεις. Υπάρχουν δύο κατηγορίες πυκνωτών όταν συνδέονται σε κυκλώματα ισχύος με βάση τη χρήση τους. Αυτοί με την ετικέτα Χ είναι οι πυκνωτές που συνδέονται γραμμή με γραμμή συχνά ονομάζονται πυκνωτές γραμμής σε ουδέτερο και χρησιμοποιούνται για διαφορικό φιλτράρισμα EMI.
Ενώ οι πυκνωτές που συνδέονται εν σειρά με τη γείωση κατηγοριοποιούνται ως Υ και συχνά ονομάζονται πυκνωτές παράκαμψης γραμμής. Αυτοί οι πυκνωτές παρακάμπτουν τα καλώδια προς τη γείωση που ονομάζεται κοινή λειτουργία φιλτραρίσματος EMI. Δεδομένου ότι αυτοί οι πυκνωτές μπορεί να αποτύχουν, υπάρχουν ειδικοί τρόποι λειτουργίας σε περίπτωση βλάβης, δηλαδή όταν ο πυκνωτής Χ αποτύχει δημιουργεί βραχυκύκλωμα με αποτέλεσμα την ενεργοποίηση του διακόπτη κυκλώματος. Επιπλέον, εάν ο πυκνωτής Υ αποτύχει, τότε θα δημιουργήσει ένα ανοιχτό κύκλωμα που ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο ηλεκτροπληξίας.
Επιπλέον, σε περίπτωση βλάβης του πυκνωτή Χ θα οδηγήσει σε διακοπή λειτουργίας του συστήματος και σε περίπτωση βλάβης του πυκνωτή Υ, το σύστημα θα συνεχίσει να λειτουργεί αλλά το φιλτράρισμα EMI θα μειωθεί. Ακολουθεί ένας παρακάτω πίνακας που δείχνει τις αξιολογήσεις ασφαλείας για τους πυκνωτές με βάση τις συνδέσεις του κυκλώματος τους:
Τώρα για να επεξηγήσουμε περαιτέρω τη χρήση πυκνωτών φιλμ για φιλτράρισμα EMI, εδώ είναι ένα απλό κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος μιας γραμμής ισχύος που χρησιμοποιεί τους πυκνωτές ως φίλτρα EMI:
Η χαμηλή αυτοεπαγωγή των πυκνωτών φιλμ αποτελεί πλεονέκτημα καθώς διατηρεί τον συντονισμό του πυκνωτή σε υψηλά επίπεδα. Εδώ ο πυκνωτής Χ συνδέεται μεταξύ της γραμμής και του ουδέτερου ενώ οι πυκνωτές Υ συνδέονται μεταξύ της γραμμής και της γείωσης.
συμπέρασμα
Οι πυκνωτές μεμβράνης έχουν μεγάλη σημασία όταν πρόκειται για κυκλώματα ισχύος λόγω των διαφορετικών χαρακτηριστικών τους και ένα είναι οι ιδιότητες αυτοθεραπείας. Αυτή η ιδιότητα αυξάνει τη διάρκεια ζωής του πυκνωτή και επίσης αποτρέπει την αστοχία του συστήματος.
Επιπλέον, αυτοί οι πυκνωτές φιλμ χωρίζονται σε τύπους: ο ένας είναι το ηλεκτρόδιο μεμβράνης και ο άλλος ο πυκνωτής μεταλλοποιημένου φιλμ. Ομοίως, οι πυκνωτές φιλμ ποικίλλουν επίσης ανάλογα με τον τύπο του μονωτικού υλικού για το διηλεκτρικό καθώς η διηλεκτρική σύνθεση επηρεάζει τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του πυκνωτή μεμβράνης. Οι πυκνωτές μεμβράνης λόγω της ονομαστικής τιμής ρεύματος κυματισμού και του χαρακτηριστικού αυτο-ίασης προτιμώνται έναντι των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών αλουμινίου.