Высоковольтные конденсаторы

Высоковольтные (ВВ) конденсаторы – устройства, широко применяемые в находящихся под очень высоким напряжением электрических цепях различных приборов и оборудования. В отличие от низковольтных аналогов, они обладают надежной конструкцией и большим сроком эксплуатации, высокой стоимостью. О том, что собой такие устройства представляют, каких видов бывают, как работают и где используются, пойдет речь в данной статье.

Высоковольтный конденсатор

Виды ВВ конденсаторов

В зависимости от конструктивных особенностей и материала диэлектрика данные устройства бывают керамическими, бумажными, металлизированными, масляными, вакуумными, фазосдвигающими, подстроечными, биполярными.

Керамические изделия

Керамические импульсные конденсаторы – накопители, в которых в качестве диэлектрика используется специальная керамика. В отличие от низковольтных аналогов, такие кондеры работают при напряжении от 0,2 до 50 кВ и частоте тока от 0,5 до 10 кГц. При этом емкость их лежит в диапазоне от 2-2,5 до 25 нф. Используются они в цепях постоянного, переменного или пульсирующего тока, сетевых фильтрах как X/Y конденсаторы, а также высокочастотных схемах для устранения помех, поглощения шумов.

Наиболее часто применяемыми марками данных устройств являются следующие:

• К75-25 (15);
• К15-4;
• К15-5;
• К15-10;
• КВИ-3.

Керамический накопитель заряда КВИ-3

Металлизированные и бумажные (плёночные)

Имеющие схожую конструкцию накопители заряда данных видов состоят из:

• Диэлектрика – конденсаторной бумаги, полимерной пленки из таких материалов, как полипропилен, полиэстер, поликарбонат.
• Обкладок – фольги или тонкого слоя металла, нанесенного на пленочный полимерный диэлектрик вакуумным напылением.
• Двух контактов (выводов), припаянных к обкладкам.

Наиболее востребованными среди пленочных металлизированных устройств являются модели с рабочим напряжением 16 и 25 кВ и емкостью 2200 пФ (2,2нФ).

Накопители с бумажным диэлектриком, в отличие пленочных металлизированных аналогов, имеют более низкое рабочее (номинальное) напряжение: от 0,2 до 15 кВ (200-1500 В). Однако при этом их емкость колеблется от 0,1 до 2 мкФ (100000 – 2000000 пФ или 100-2000 нФ). Как и аналоги с керамическим диэлектриком, они способны работать с токами частотой от 50 до 10 000Гц (10кГц).

Применяют пленочные и бумажные высоковольтные конденсаторы в выпрямительных и фильтрующих цепях, электронных умножителях и удвоителях напряжения.

Конденсатор мбгч-1

Масляные и вакуумные образцы

Наиболее часто применяемый и востребованный вакуумный высокочастотный конденсатор переменной емкости марки КП 1-4 представляет собой устройство, состоящее из следующих частей:

• стеклянный баллон, внутри которого путем откачки воздуха создан высокий вакуум;
• неподвижный цилиндрический электрод;
• гофрированный подвижный электрод («гармошка»);
• привод подвижного электрода, под большим усилием перемещающий «гармошку» внутрь неподвижного электрода;
• круглая ручка и окошко со шкалой для регулировки емкости накопителя.

Емкость данного накопителя колеблется от 10 до 500пФ, рабочее напряжение – до 10кВ. Применяется такое устройство в радиолюбительской передающей аппаратуре в диапазоне частот до 30-80 МГц в качестве контурных, блокировочных, фильтровых, а также разделительных конденсаторов.

Масляный накопитель заряда самой распространенной марки КБГ-МН состоит из:

• металлического прямоугольного корпуса;
• скрученного в рулон полимерного или бумажного диэлектрика;
• обкладок из алюминиевой фольги, разделенных диэлектриком;
• двух выводов, припаянных к обкладкам и соединенным с контактами на крышке корпуса.

Скрученный рулон из диэлектрика и обкладок находится в специальном масле, заполняющем корпус. Емкость устройства данной марки составляет 0,5 мкф (500нФ), рабочее напряжение – 600 В (0,6кВ).

Фазосдвигающие

Данные устройства используются для подключения трехфазного электродвигателя к однофазной бытовой сети. Для этого подходит обычный не полярный (электролитический) конденсатор.

Расчет необходимой ёмкости пускового фазосдвигающего (Cф) конденсатора зависит от схемы (типа) подключения двигателя к сети:

• При подключении по типу «треугольник» емкость фазосдвигающего накопителя рассчитывается по следующей формуле: Cф = 4800×I/U.
• Для подключенного по схеме «звезда» ёмкость фазосдвигающего конденсатора находится по следующей формуле: Cф = 2800×I/U.

Фазосдвигающий конденсатор, подключенный к трехфазному двигателю

Подстроечные

Данные накопители заряда представляют собой устройства, емкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке. В процессе работы оборудования изменение емкости таких устройств конструктивно невозможно.

Конструкция таких устройств включает в себя следующие элементы:

• статор – неподвижная нижняя обкладка;
• ротор – верхняя подвижная полукруглая обкладка;
• ось – соединяющий статор и ротор небольшой штырек.

Настройка емкости происходит за счет изменения площади распложенных параллельно обкладок при помощи плоского шлица на оси. Применяют подстроечные высоковольтные конденсаторы в приемо-передающей радиоаппаратуре.

Биполярные

Устройство данного вида представляет собой простой неполярный (однополярный) конденсатор, применяемый в электрических цепях, запитываемых как постоянным, так и переменным или пульсирующим сверхвысоким током.

Биполярный высоковольтный конденсатор

Принцип работы

Любой высоковольтный энергоемкий накопитель заряда имеет такой же принцип работы, как и низковольтный аналог, состоящий из двух основных этапов:

1. Зарядка – при подключении обкладок к источнику питания или электрической сети на них начинает накапливаться заряд. При этом напряжение на конденсаторе растет и спустя короткое время становится таким же, как и у источника питания. С этого момента накопитель считается заряженным
2. Разрядка – если к заряженному накопителю подключить нагрузку, то через нее начнет протекать электрический ток. При этом напряжение на обкладках будет быстро падать, пока ни иссякнет совсем.

При несоблюдении номинальных характеристик подаваемого на конденсатор тока может произойти пробой диэлектрика, в результате чего произойдет короткое замыкание, и устройство замкнет накоротко.

Маркировка

Маркировка большинства данных устройств состоит из следующих блоков:

• Буквенно-цифровое обозначение марки – КП 1-4, КВИ-3,К5-15;
• Номинальная емкость в пико,- нано,- микро,- или милифарадах (пФ, нФ, мкФ, мФ);
• Рабочее напряжение в вольтах или киловольтах;
• Допустимое отклонение фактической емкости от номинальной – выражается в процентах (%).

Обозначение на схемах

На электрических схемах данные устройства имеют такое же обозначение, как и низковольтные аналоги.

Где используются

Высоковольтные накопители заряда применяются в схемах таких имеющих большую энергоемкость устройств, как:

• умножители напряжения,
• генераторы Маркса,
• катушки Тесла,
• высокочастотные импульсные установки,
• радиолюбительская и профессиональная приемо-передающая аппаратура,
• пусковые блоки трехфазных электродвигателей большой и средней мощности.

Катушка Тесла

Высоковольтные накопители заряда, в отличие от используемых при более низких значениях напряжения аналогов, являются очень опасными для человеческого организма устройствами. Так, заряженный накопитель при контакте с неаккуратным обращением может привести к серьезной электротравме, повреждению кожных покровов и внутренних органов. Мощные устройства данного вида могут накапливать заряд, прохождение которого через человеческое тело крайне опасно.

Видео

О том, как, используя бытовой однофазный ток, подключить трехфазный двигатель, можно посмотреть в следующем видео.

Автор:

Гaличeв Илья Виктoрoвич