Паперовий конденсатор

Зміст

1 Загальний опис (принцип дії)
2 Історична довідка
3 Технічні характеристики
4 Сфера застосування
5 Фото, відео-матеріали
6 Список використаних джерел

Загальний опис (принцип дії)

Паперовий конденсатор - електричний конденсатор, в якому діелектриком служить особливий папір.В даний час широко застосовуються паперові конденсатори для напруг в декілька сотень вольт і ємністю в кілька микрофарад. У таких конденсаторах обкладками служать дві довгі стрічки тонкої металевої фольги, а ізолюючою прокладкою між ними – кілька більш широка паперова стрічка, просочена парафіном. Паперовою стрічкою покривається одна з обкладок, потім стрічки мвв згортаються в рулон і укладаються в спеціальний корпус.Такий конденсатор, маючи розміри сірникової коробки, володіє ємністю 10мкФ (металевий кулю такої ємності мав би радіус 90км).Рулонна конструкція характерна для паперових плівкових низькочастотних конденсаторів, що володіють великою ємністю. Конструктивно паперові конденсатори виконуються з двох довгих смуг алюмінієвої або свинцево-олов'яної фольги, розділених декількома шарами паперу товщиною від 4-5 до 12-15 мкм і згорнутих у вигляді круглого або овального рулону. Для підвищення електричної міцності і стабільності конденсатор просочують парафіном, церезином, вазеліном, олією або різними компаундами. Основним завданням просочення є заповнення пір в папері і порожнеч між шарами паперу і обкладками. Кількість паперових шарів n і товщина паперу d визначаються робочою напругою та умовами роботи конденсатора. Конденсатори з одношаровим діелектриків і з обкладками з фольги мають менші розміри, але не забезпечують високої електричної міцності і надійності.[3]

Історична довідка

Група вчених зі Стенфордського університету розробила чорнило на основі вуглецевих нанотрубок і срібних нанодротів, при нанесенні яких на аркуш паперу він набуває провідні властивості. Раніше автори вже експериментували з подібними чорнилом, використовуючи пластик в якості підкладки. Документ виявився більш зручним і надійним матеріалом: її волокниста структура забезпечує високу міцність покриття, а сам процес нанесення чорнила стає простіше і дешевше. Крім того, папір можна м'яти і згинати, і це ніяк не відіб'ється на її властивості. Сконструйований з використанням цього матеріалу конденсатор показав значну питому енергоємність в 7,5 Вт • год / кг і витримав 40 тисяч циклів заряду / розряду - на порядок більше, ніж літієві батареї. В 1877-1878г. П.Н. Яблочков демонстрував конденсатори, що призначалися для його системи електричного освітлення. Вони представляли собою згорнуті в рулон листи олов'яної фольги, розділені шарами пластиру і гутаперчі. У рефераті доповіді П.М. Яблочкова зазначалося, що такі конденсатори "дозволяють отримувати в невеликому обсязі величезні електричні потужності", також він запатентував "металеві листки, покриті ізолюючим речовиною, спеціально з метою влаштування конденсатора за допомогою занурення таких ізолюючих пластин в рідину, що містилася в резервуарі". Він вперше запропонував і став класичним конденсатор у вигляді стопки металевих пластин (або смужок фольги) з розташованими між ними ізоляційними шарами, при цьому парні металеві пластини (смужки фольги) з'єднані між собою загальним провідником, а непарні іншим. Винахід відноситься до виготовлення силових конденсаторів високої напруги з просоченим паперовим діелектриком і може бути використане при виготовленні високовольтних імпульсних конденсаторів з високою питомою енергією. На сьогодні, паперові конденсатори використовуються практично в кожній електронній схемі.[5] Ємність конденстора знаходиться у зворотній залежності від відстані між провідниками, і в прямій від їх площі. Обкладки виготовляються з алюмінієвої фольги, скрученої в рулон.В якості ізолятора виступає шар оксиду, ннесений на одну із сторін. Для забезпечення найбільшої ємності пристрою , між шарами фольги прокладається дуже тонка, просочений електролітом папір. Перевагою є те, що обкладка розділяє шар оксиду в кілька молекул, завдяки чому вдається створювти об'ємні елементи з великою ємністю.[1]

Технічні характеристики

Розглянемо будову паперового конденсатора (демонстрація розібраного паперового конденсатора). У ньому як пластини використовуються смуги алюмінієвої фольги, а діелектриком служить парафінований папір. Мала товщина діелектрика і велика площа пластин забезпечують значну ємність таких конденсаторів (до десятків мікрофарад). Для того, щоб паперовий конденсатор займав менше місця, його розміщують в металевому корпусі. За електричним показниками паперові конденсатори значно поступаються слюдяним або керамічним. Вони мають великі втрати (, які швидко ростуть з частотою, і більш низький опір ізоляції. Їх параметри залежать від кліматичних умов і змінюються в часі. Тому паперові конденсатори зазвичай герметизують. Для герметизації конденсаторів відносно невеликий ємності (до 0,1 мкФ) використовують циліндричний корпус з порцеляни, при кілька великих значеннях ємності циліндричний корпус з металу, а для конденсаторів великої ємності - плоскі або прямокутні корпусу з металу. Істотним недоліком паперових конденсаторів є велика власна індуктивність, яка обумовлена тим, що обкладки конденсатора згорнуті у вигляді спіралі.При зміні об'ємної ваги паперу змінюються її електричні характеристики. Чим щільніше папір, тобто чим більша частка її обсягу заповнена клітковиною, тим вище діелектрична проникність і електрична міцність. З ростом щільності зростає і значення тангенса кута діелектричних втрат сухого паперу.[6]

Сфера застосування

Паперові конденсатори в основному застосовуються в ланцюгах, де підвищені втрати і низька стабільність не мають істотного значення, також використовується в нізькочастотних цепах високої напруги при великому струмі наприклад для підвищення коефіцієнта потужності.В даний час широко застосовуються паперові конденсатори для напружень в кілька сот вольт і ємністю в кілька мікрофарад. У таких конденсаторах обкладинками служать дві довгі стрічки тонкої металевої фольги, а ізолюючої прокладкою між ними - дещо ширша паперова стрічка, просочена парафіном. Паперовою стрічкою покривається одна з обкладок, потім стрічки туго згортаються в рулон і укладаються в спеціальний корпус. Такий конденсатор, маючи розміри сірникової коробки, володіє ємністю 10мкФ (металева куля такої ємності мав би радіус 90км).[2]