Главная » Мануалы

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 33

кость с, индуктивность L и сопротивление г, эквивалентное потерям, включены последовательно, то полное сопротивление конденсатора

z = Vr + {x-Xj)--Yr-V(-L]\ (1-62) При увеличении частоты емкостное сопротивление х^ = = снижается, а индуктивное л: = mJ - возрастает, поэтому частотная зависимость полного сопротивления имеет U-образный характер и проходит через минимум при резо-

нансной частоте /п = = -?= При частотах выше ре-

зонансной конденсатор представляет собой уже не емкостное, а индуктивное сопротивление. Ниже показан порядок величин индуктивности для некоторых типов конденсаторов постоянной емкости с твердым диэлектриком.

Индуктивность некоторых типов конденсаторов

миллимикро-генри (см)

Керамический дисковый КДК-3 .... 1-1,5

трубчатый КТК-3-КТК-5 20-30 -

Слюдяной опрессованный КС0-1--КСО-7 4-6

блокировочный....... 50-100

Бумажный КБГ-И, цилиндрический . . 6-11 помехозащитный КБП-Ф . . 0,5-6,5 КБП-Ф . . 0,5-6.5 Малоиндуктивный импульсный конденсатор ............... 5-10

Отдельные секции бумажных силовых

, - конденсаторов :.......... 200-4800

Бумажный большой емкости со смещенными выводами (рис. 15)...... До 150 000

Для большинства радиоконденсаторов небольшой емкости резонансная частота превышает 1-10 Мгц.

В связи с высокими значениями /р индуктивность конденсаторов обычно приходится учитывать только для радиоконденсаторов, работающих в области верхнего диапазона радиочастот, а также для ряда импульсных конденсаторов, поскольку подъем и спад импульсной волны обычно эквивалентен действию высоких частот.

Для силовых конденсаторов, работающих при частоте 50 гц, индуктивность необходимо учитывать при разработке мероприятий по демпфированию колебательных процессов при включении конденсаторных батарей. Для конденсато-

ров наличие даже малой индуктивности опасно в том отношении, что, когда частота приближается к резонансной, происходит кажущееся увеличение емкости конденсатора

где Сэ эффективная емкость, ф; С - истинная емкость, ф\ f - частота, гц;

Ь - индуктивность конденсатора, гн.

В данном случае под величиной L подразумевается сумма индуктивности конденсатора и проводников, которыми он присоединен к схеме.

Особенно опасно наличие индуктивности в помехозащит-

* ных конденсаторах, служащих для отведения к земле токов высокочастотных помех. Эти конденсаторы включаются между землей и выводом устройства, в котором возникают высокочастотные колебания (помехи), мешающие радиоприему (устройства зажигания в автомобилях, коллекторы электромашин, контактная сеть электротранспорта и т. п).

* Помехозащитный конденсатор должен оказывать достаточно большое сопротивление токам низкой частоты или постоянному току и иметь возможно малое полное сопротивление при высоких частотах, чтобы быть шунтом малого сопротивления для высокочастотных токов. Следовательно, помехозащитный конденсатор может эффективно отводить к земле только такие токи, частота которых ниже его резонансной частоты, так как при более высоких частотах его сопротивление возрастает. При снижении индуктивности конденсатора повышается значение его /р и расширяется диапазон частот, которые он может подавлять.

При работе конденсатора в импульсном режиме (генераторы импульсных напряжений и токов, делители напряжения, линии формирования импульсов и т. п.) величина индуктивности влияет на форму импульса, а потому должна быть малой. В некоторых случаях (например, при исследовании физических процессов, протекающих в газовом разряде) от импульсных конденсаторов -требуется разряд .с частотой порядка нескольких мегагерц, что возможно только при малой индуктивности конденсаторной батареи.

Конденсаторы связи, используемые на линиях передачи высокого напряжения для подключения устройств высокочастотной релейной защиты и аппаратуры высокочастотной

связи, также должны иметь небольшую индуктивность, так как она может повлиять на форму высокочастотного сигнала, проходящего через конденсатор.

Следовательно, при конструировании перечисленных типов конденсаторов необходимо стремиться к получению минимального значения их индуктивности. Для.этого необходимо:

1. Токоведущие части конденсатора по возможности располагать так, чтобы их магнитные поля взаимно компенсировались. С этой целью проводники с противоположным направлением токов нужно сближать, а проводники с одинаковым направлением токов - максимально удалять один от другого.

2. Форму и размеры токоведущих частей выбирать с таким расчетом, чтобы их длина была как можно меньше.

3. Материал металлических частей конденсатора выбирать с учетом магнитной проницаемости, применяя по юз-можности немагнитные материалы. При этом надо иметь в виду, что с ростом частоты магнитная проницаемость ферромагнитных материалов уменьшается за счет явления поверхностного эффекта, связанного с вытеснением электромагнитных процессов в поверхностные слои металла. При очень высоких частотах проницаемости ферромагнитных и немагнитных материалов отличаются незначительно.

Поскольку намотанный конденсатор может иметь значительное количестю витков и напоминает собой катушку, ранее считали, что этот тип конденсатора должен обладать большой индуктивностью. В связи с этим в отличие от обычной Рис. 14. Секция конденса-намотки (со скрытой фольгой) был СГоГой

предложен специальный способ / о6кладкн; 2-диэлект-

безындукционной намотки (с высту- рик.

пающей фольгой), при которой

обкладки противоположного знака по всей длине намотанных лент выступают с противоположных торцов конденсаторной секции. Сминая и пропаивая фольгу, выступающую с торцов конденсатора, можно соединить накоротко все витки секции (рис. 14).

Предполагалось, что таким способом можно свести индуктивность намотанного конденсатора к минимуму. Однако

тозже было показано, что индуктивность такого же минимального порядка можно получить и при обычной намотке, если правильно расположить выводные контакты. Действительно, если представить намотанную секцию в развернутом виде и предположить, что выводы от обкладок расположены точно один против другого (рис. 15,а), то магнитные поля токов, протекающих по обкладкам как справа, так и слева от места распсшожения выюдов, будут взаимно компенсироваться, а следовательно, индуктивность должна быть равна

а

Рис. 15. Распределение токов и направления магнитных потоков в секции с о6б1Чной намоткой и вклад-ньми контактами:

а - при совмещенных выводах; б - при смещенных выводах.

2 4

Рис. 16. Кривая зависимости индуктивности секции от величины смещения выводов (для секции силового конденсатора).

нулю.. Если же выводы сдвинуты, то на участках обкладок между выводами токи имеют одинакоюе направление, магнитные поля их складываются и индуктивность возрастает (рис. 15,6). Кривая зависимости индуктивности секции импульсного конденсатора на 50 кв емкостью 2,7 мкф от расстояния между выводами при их сильном смещении показана на рис. 16. При расстоянии 3 м индуктивность составляла 3,36 мкгн. При совмещении выводов она снизилась до 0,47 мкгн, т. е. более чем в 7 раз.

Для уменьшения индуктивности секций совмещенные выюды надо располагать с одного и того же торца. Так как направления токов в выюдах одной и той же секции всегда противоположны, эти выводы следует максимально сближать, учитывая, однако, необходимость обеспечения достаточной электрической прочности изоляции между ними.

При совмещенных выводах уменьшение толщины диэлектрика между обкладками также снижает индуктивность.

При безындукционной намотке выводы от секции, приходится располагать с противоположных ее торцов, вследствие чего может увеличиться общая индуктивность конденсатора в сравнении с использованием секций обычной намотки с совмещенными выводами, выпущенными с одного торца. Безындукционная намотка обеспечивает резкое снижение потерь в обкладках и улучшает отвод тепла от конденсаторной секции. Такую намотку широко используют при изготовлении помехозащитных конденсаторов. Конденсаторы такого типа при относительно больших емко-стях иногда изготовляются в прямоугольных Х корпусах, причем один из выводов секции припаивается к дну корпуса. Рис. 17. Помехозащитный проходной а второй - к токоведу- конденсатор со стержнем, проходящим щей шине, проходящей . Угри конденсаторной секции,

через крышку. Эта шина

включается в разрыв линии, которую предполагается освободить от высокочастотных помех. При этом длина соединительных проюдников от обкладок секции к корпусу и к защищаемой линии сводится к предельному минимуму, а следовательно, резко падает индуктивность этих соединений.

Дальнейшим развитием этой конструкции является введение токоведущей шины (стержня) внутрь безындукционной секции конденсатора (рис. 17). В конденсаторах такой конструкции - проходных - обкладка секции, выступающая с одного торца, спаяна с токоведущим стержнем, а вторая обкладка - с корпусом конденсатора, который отводит к земле протекающие через него токи высокой частоты. Витки фольги, ближайшие к стержню и корпусу, должны принадлежать обкладке, соединенной с корпусом: при этом получается наиболее благоприятное распределение токов в конденсаторе обеспечивающее минимальную индуктивность.

Компенсирующее влияние токов, протекающих по корпусу конденсатора, следует учитывать и при заземлении

4 592 49

конденсаторов высокого напряжения, используемых для генерирования импульсов. На схеме рис. 18 показано заземление путем присоединения заземляющего проводника к краю патрубка выводного изолятора. Если бы в этом случае заземляющий проюдник был присоединен к нижней части корпуса вблизи от внутреннего места присоединения заземляемой системы обкладок, то индуктивность конденсатора заметно бы увеличилась.

Сложность геометрии конденсаторов затрудняет точный расчет их индуктивности. При этом расчете обычно выделяются отдельно элементы конденсатора, обладающие индуктивностью, вычисляется их индуктивность, составляется эквивалентная схема включения индуктивностей этих элементов и, наконец, вычисляется индуктивность этой эквивалентной схемы, т. е. конденсатора в целом. При этом обычно принимается, что индуктивность отдельных элементов не изменяется от того, что они собраны вместе, т. е. исклю-, чается взаимоиндукция между отдельными элементами конденсатора, что вносит погрешность в расчет. Погрешность может быть вызвана также и тем, что форма реальных элементов конструкции отличается от тех идеализированных форм, для которых имеются готовые формулы расчета индуктивностей. В связи с этим расчетные значения индуктивности конденсатора желательно проверять экспериментально.

Рис. 18. Два варианта места заземления корпуса

конденсатора: а - при минимальной нидук-тивиостн; б - повышенной

индуктивности; / - вывод конденсатора, 2 - пат рубок изолятора; 3 - корпус.

Расчет индуктивности конденсаторных секций

Для вычисления индуктивности плоской секции с двумя обкладками или развернутой в плоскую ленту спирально намотанной секции можно применить формулу Гровера, которая соответствует индуктивности между двумя проводящими шинами прямоугольного сечения (рис. 19),

:!(3р-8) р^ 1р4 1р^8(а41па-

- 2р4 1пр-1-7*1п7 -284 In 8)

(1-64)

где

2йф + й

. В = *±- -г-А. 8-1*.

d - толщина диэлектрика, см; b - ширина электрода (обкладки), см;

- толщина электрода, см;

- длина электрода, см.

±!>> jjf iSf -L

Рис. 19. К расчету индуктивности плоской секции с двумя обкладками.

Рис. 20. Эквивалентная схема замещения секции со сдвинутыми выводами.

Если размеры подставлены в сантиметрах, то Цо = 4я х X 10- гн1см.

Для обычных конденсаторов 6>ф и 6>d; тогда в формуле (1-64) можно пренебречь всеми ее членами, кроме первого,

L = e[-(3p 8)] = !-f-). (1-65) Во многих случаях Зй>2йф, тогда

А-Ц^. (1-66)

Эти формулы соответствуют совмещению выводов от обеих обкладок, токи в обкладках протекают в противоположных направлениях.

ЕслИ/ОДин вывод смещен относительно другого по длине фольги, то упрощенная эквивалентная схема замещения секции имеет вид, показанный на рис. 20. На этой схеме: Cl и - емкость и индуктивность левой (или правой)

части развернутой секции за пределами выюдов, где токи в обкладках имеют протиюположные направления; Cab - емкость секции на участке между выводами А и В, равномерно распределенная по длине фольги (на схеме она раз-

бита на две равные части по , которые в виде сосредоточенных емкостей включены в точках А и В); - индуктивность, создаваемая участком секции, где обкладки находятся между двумя смещенными выводами, в связи с чем токи в них направлены одинаково (см. рис. 15, б); - индуктивность выводного проводника от секции.

Рис. 21. К расчету индуктивности участков обкладок между сдвинутыми выводами:

а - выводы сдвинуты по длине, сбкладок в пределах ши-Р1НЫ секции; б - выводы сдвинуты по длине обкладки на половину одного

Индуктивность Li можно рассчитать по формуле (1-65). Вычисление индуктивности L г рассмотрено в работе Г. С. Ку-чинского и К. М. Иркаевой для следующих случаев.

Выводы сдвинуты по длине обкладок в пределах ширины секции (рис. 21, а):

где 1ав - длина обкладки между выводами А и В; Ь - ширина обкладки. Выводы сдвинуты по длине обкладки на половину одного витка (рис. .21, б). В этом случае значение индуктивности определяется геометрическими размерами петли, образуемой фольгой при ее намотке на половину оборота оправки, т. е. будет зависеть от толщины фольги с/ф, ширины Ь, длины петли 1ав и толщины всех предшествующих слоев а:

Z.2 = (2d$ + 3a). (1-68)

Выводы сдвинуты на полную длину одного витка:

L, = , (1-69)

где S - площадь поперечного сечения витка фольги. 52

V.4 D

320 480

6iD l.,CM

Если выводы секции совмещены, то место их расположения по отношению к началу намотки мало влияет на величину индуктивности конденсаторной секции, как показали данные, приведенные на рис. 22, а для конденсаторной секции емкостью 1 мкф при толщине диэлектрика, равной 80 МК, и ширине фольги 280 мм. Значение колебалось в пределах {0,6 ~-2,1) гн при погрешности измерения (0,5-1)10- гн.

Если выводы сдвинуты на половину витка, то по тем же данным, показанньШ на рис. 22, б, влияние места расположения выводов оказывается уже более заметным; общая индуктивность (включая индуктивность выводов), т. е. сумма Zii, Z-г и Ls, согласно рис. 20, по мере продвижения от начала намотки к концу возросла от 2,5-Ю'- до 16-10- гн.

Если выводы смещены в пределах ширины секции, то, по данным тех же авторов, в зависимости от расположения выводов индуктивность при тех же размерах может меняться в пределах от 110~ до 12-10- гн.

Иногда применяют секции со скрытой фольгой, причем для уменьшения сопротивления обкладок устанавливают несколько пар выводов, равно-

го 46Q 640. Ш б

Рис. 22. Кривые зависимости индуктивности конденсаторной секции от расстояния между началом намотки и местом расположения ближайшего вывода:

а - оба вывода совмещены; 6 ~ выводы смещены иа 12 см; L, -.индуктивность секции за вычетом участка обкладок между смещенными выводами; £.2 - индуктивность участка между смещенными выводами; Ls - индуктивность выводных проводников; L - суммарная индуктивность секции.

мерно располагая их по длине

фольги. В этом случае для обеспечения достаточно надежной изоляции смещение между каждой парой выводов обычно дается равным половине витка. Как показывает кривая на рис. 22, б, индуктивность различных пар выводов, расположенных в разных участках фольги (при смещении выводов в каждой паре на полвитка), различна и к концу обкладок заметно возрастает. Так как индуктивность у основных обкладок меньше, чем у соответствующей пары выюдов.

смещенной относительно начала секции, то все дополнительные пары выводов будут шунтированы основными обкладками и практически не будут участвовать в распределении тока. При этом весь ток будет вытесняться на первую пару выводов, обладающую наименьшей индуктивностью. В связи с этим индуктивность секции при использовании нескольких пар выюдов изменяется мало.

Существенное уменьшение индуктивности секции возможно при ее делении на несколько подсекций меньшей емкости, наматываемых отдельно и соединяемых параллельно. На рис. 23 показан эскиз конструкции пакета секций бумажного,конденсатора на 50 ks емкостью 0,1 мкф, состоящего из 10 последовательно соединенных групп секций, при четырех параллельно соединенных секциях по 0,25 мкф в каждой группе. Для такого пакета была получена индуктивность порядка 18-10- гн. Если плоская конденсаторная секция состоит из нескольких параллельно соединенных элементов (например, секция слюдяного конденсатора), то такую секцию по ее индуктивности можно считать эквивалентной проводнику прямоугольного сечения, имеющего те же размеры, что и секция

Рис. 23. Конструкция пакета секций конденсатора с малой индук- тивностью.

L-

Рис. 24. К расчету индуктивности многопластинчатого

плоского конденсатора.

(рис. 24). В этом случае для шчисления индуктивности можно юспользоваться формЛби

где I - длина, Ь - ширина и а - толщина секции, см. 54

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 33