Конденсатор временного потока: Ученые создали реальный конденсатор потока из фильма “Назад в будущее”

alexxlab
13.08.1971
Комментарии: 0

Содержание

Ученые создали конденсатор потока. Но для путешествий во времени его использовать не получится

Одна из самых знаменитых кинокартин о путешествиях во времени «Назад в будущее гипотетическая часть линии времени, множество событий, которые ещё не произошли, но могут произойти. Ввиду того, что события характеризуются как временем, так и местом, будущее занимает область пространственно-временного континуума» не в последнюю очередь запомнилась благодаря чертовски стильному автомобилю марки DeLorean. Основной деталью, благодаря которой было возможно совершать временные скачки, был конденсатор потока (Flux Capacitor). И он так и оставался бы лишь фантазией сценаристов Боба – Костя Осокин Гейла и Роберта Земекиса, если бы группа ученых из Австрии и Швейцарии не создала самый настоящий конденсатор потока Поток — постоянное перемещение масс жидкости или газа в определённом направлении. Поток — понятие интуиционистской математики. Поток, потоковое состояние — психическое состояние, в котором человек полностью включён в то, чем он занимается. Учебный поток — несколько учебных групп общего направления в высших учебных заведениях. Поток (Михайло Потык) — богатырь в северно-русских былинах. Поток,, применение которого для перемещений во времени пока под вопросом, но зато он полезен для кое-чего другого.

Новое устройство может управлять движением заключенных в него микроволновых сигналов. Более того, ученые разработали не один, а целых два варианта одна из нескольких редакций какого-либо произведения (литературного, музыкального и тому подобного) или официального документа; видоизменение какой-либо части произведения (разночтения отдельных слов, строк, строф, глав) построения конденсатора потока: двухполосный и трехполосный. Именно последний и напоминает изобретение доктора Эммета Брауна.

Схема трехполосного конденсатора потока

Прибор использует эффект квантового туннелирования магнитного потока вокруг конденсатора двухполюсник с постоянным или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок (см. рис.), благодаря чему ломается принцип симметрии по отношению к обращению времени (time-reversal symmetry). Но раз речь зашла о времени, не стоит радоваться и думать, что мы приблизились к созданию машины времени. В упрощенном варианте это означает, что микроволновые сигналы просто начинают двигаться в одном определенном направлении. По признанию одного из авторов разработки, Тома Стэйтса,

«Наше устройство Рукотворный объект (прибор, механизм, конструкция, установка) со сложной внутренней структурой, созданный для выполнения определённых функций, обычно в области техники. Устройство (радиотехника) — совокупность элементов, представляющих единую конструкцию (блок, плата). Может не иметь в изделии определенного функционального назначения. Обозначение действия от глагола «устроить» (употребляется будет весьма полезным для реализации квантовых вычислений. Именно для этого потребуется высокая точность контроля над распространением сигнала. Более того Республика (фр. République togolaise) — государство в Западной Африке, граничащее с Ганой на западе, Бенином на востоке и Буркина-Фасо на севере. На юге страна владеет небольшой частью побережья Гвинейского залива, на которой расположена столица страны Ломе, эту технологию можно использовать в радарных системах, модулях беспроводной передачи данных, для улучшения качества сигнала и скорости мобильной связи, интернета и так далее».

Одна из самых знаменитых кинокартин а также — кино, кинофильм, телефильм, кинокартина — отдельное произведение киноискусства. В технологическом плане фильм представляет собой совокупность движущихся изображений (монтажных кадров), связанных единым сюжетом. Каждый монтажный кадр состоит из последовательности фотографических или цифровых неподвижных изображений (кадриков), на которых зафиксированы отдельные фазы движения. Фильм, о путешествиях передвижение по какой-либо территории или акватории с целью их изучения, а также с общеобразовательными, познавательными, спортивными и другими целями. До XIX века путешествия были одним из основных источников получения сведений о тех или иных странах (их природе, населении, истории, хозяйстве), общем характере и очертании поверхности Земли. От античного времени сохранились описания путешествий во времени форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения. Одно из основных понятий философии и физики, мера длительности существования всех объектов, характеристика последовательной смены их состояний в процессах и самих процессов, изменения и развития, а также одна из координат единого пространства-времени, представления о котором развиваются в теории относительности «Назад в будущее» не в последнюю очередь Очередь — определённый порядок в следовании или в движении чего-либо или кого-либо. Живая очередь «Очередь» — польская настольная игра. Очередь — в программировании. Очередь — быстрая серия выстрелов. «Очередь» — роман Владимира Сорокина запомнилась благодаря чертовски стильному автомобилю моторное дорожное транспортное средство, используемое для перевозки людей или грузов. Основное назначение автомобиля заключается в совершении транспортной работы. Автомобильный транспорт в промышленно развитых странах занимает ведущее место по сравнению с другими видами транспорта по объёму перевозок пассажиров. Современный автомобиль состоит из 15—20 тысяч деталей, из которых 150—300 являются марки может означать DeLorean. Основной деталью, благодаря которой было возможно совершать временные скачки вид испытания лошадей на резвость (скорость), по итогам которых делается вывод о пригодности к дальнейшему разведению (использованию в породе). Как правило, скачки проводятся на ипподромах, где на их исход посредством тотализатора делаются денежные ставки. Скачки, также как и бега, в настоящее время не относят к такому понятию как Конный спорт, был конденсатор потока (Flux Capacitor). И он так и оставался бы лишь фантазией ситуация, представляемая индивидумом или группой, не соответствующая реальности, но выражающая их желания. Фантазия — это импровизация на свободную тему. Фантазировать, значит воображать, сочинять, представлять. Фантазия — обязательное условие творческой деятельности человека, которое выражается в построении образа или наглядной модели её результатов в тех случаях, когда информация не требуется сценаристов сценаристка — автор сценария для кинофильма, телесериала, мультфильма, спектакля, компьютерной игры и так далее. Большинство сценаристов, ставших позже знаменитыми, начинают свои сценарии с обдумывания сюжета. Это значит, что они сочиняют сценарии, даже не будучи нанятыми на работу или не получая оплаты. Одним из ярких примеров прошлого века был популярный фантастический фильм «Назад в будущее» Боба Гейла английская фамилия и топоним. Известные носители: Гейл, Беше (1887—?) — канадский гребец, двукратный бронзовый призёр летних Олимпийских игр 1908. Гейл, Боб (род. 1951) — американский сценарист и продюсер, известный по фильмам серии «Назад в будущее». Гейл, Джин (1912—1974) — американская актриса, популярная в 1930-х годах, исполнительница водевиля. Гейл, Джон (1831—1929) — основатель и Роберта мужское имя германского происхождения. Произошло от древнегерманского (H)rod-berht, означающего в переводе «блестящий от славы». Вариантом этого имени может также быть Руперт и уменьшительная английская форма Боб, а также Робин. Было распространено в немецкоговорящих и французскоговорящих регионах Европы. Из Нормандии пришло в Англию.Как заимствованное имя приведено в «Словаре русских личных Земекиса Ли Земекис (англ. Robert Lee Zemeckis, род. 14 мая 1952, Чикаго, Иллинойс) — американский кинорежиссёр, сценарист и продюсер. Лауреат премии «Оскар» в категории «Лучший режиссёр». Постановщик знаковых картин: «Форрест Гамп», «Контакт», «Изгой», «Кто подставил кролика Роджера», «Прогулка» и трилогии «Назад в будущее», если бы группа совокупность чего-либо. Группа также может означать: Группа (математика) — в абстрактной алгебре множество с определённой на нём бинарной операцией, удовлетворяющей некоторым аксиомам. Синтаксическая группа — в лингвистике, составляющая синтаксической структуры, включающая более одного слова ученых […]

Временное охлаждение решает проблемы с конденсацией в установке вакуумной перегонки

Москва. Высокое рабочее давление отрицательно влияет на выход дистиллятов из установки вакуумной перегонки. В данной статье анализируются причины смещения системы n-ступенчатых эжекторов при всех возможных режимах работы УВП. Кроме того, в статье показано, как могут быть спроектированы временные системы дополнительного охлаждения Aggreko для улучшения работы эжекторов и конденсаторов пара и, в конечном итоге, повышения рентабельности.

Вакуумная перегонка играет решающую роль, увеличивая объем переработки, так как производит дорогостоящие нефтепродукты из оставшейся от атмосферной перегонки нефти. Установка вакуумной перегонки (УВП) работает под вакуумом или под давлением значительно ниже атмосферного. Когда УВП работает оптимально, низкое давление снижает температуру кипения тяжелой нефти так, что более легкие продукты могут испаряться без риска крекинга или разложения сырья. Однако, когда УВП не работает в оптимальных условиях, вакуумметрическое давление может повыситься, что приведет к снижению производительности и рентабельности. Таким образом, важно понять, почему давление вакуума может увеличиться, и как смягчить это воздействие с помощью инженерного решения.

Эжектор / конденсатор: «сердце» системы создания вакуума

Комбинация эжекторов и конденсаторов пара устанавливается для снижения верхнего давления в УВП. Эжекторы – это статические установки, которые преобразуют энергию давления движущегося пара в кинетическую энергию посредством термокомпрессии (рис. 1).

Всасывающий патрубок расположен в оптимальной точке, где давление рабочего пара минимально, а скорость его потока максимальна, благодаря чему пар и отходящие газы вытесняются из верхней части колонны под минимальным давлением.

Суживающийся и расширяющийся участок эжектора преобразует кинетическую энергию жидкости обратно в энергию давления в соответствии с принципом Бернулли. Термокомпрессия происходит при определенных термодинамических условиях, допускающих акустический скачок в горловине эжектора и резкое усиление скорости в расходящейся части диффузора. Размещенный на выходе из эжектора теплообменник конденсирует все пары, таким образом понижая давление, и отходящие газы загружаются на следующую стадию.

Рис.1

Inlet gas, liquid or other — входящий газ, жидкость или другая среда

Motive fluid — рабочая жидкость

Motive fluid nozzle — патрубок для рабочей жидкости

Converging Inlet nozzle — сходящийся всасывающий патрубок

Diverging Outlet diffuser — расходящийся выходной диффузор

Diffuser throat — горловина диффузора

ПРИЧИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА УВП

Отклонения от нормального режима работы эжекторов приведут к резкому падению звукового давления (схлопыванию) и постепенному замедлению потока, что в итоге повысит давление в вакуумной колонне.

В зависимости от режимов работы УВП источники отклонения на эжекторах можно классифицировать следующим образом.

Сезонные эффекты

Летом температура воздуха сильно влияет на всю систему водяного охлаждения. Это не позволяет поддерживать оптимальный уровень температуры в системе, что негативно сказывается на технологическом процессе, так как он протекает с отклонением от проектных значений. Необходимо учитывать потребность в охлаждающей воде на всем НПЗ, чтобы избежать дефицита и недостаточного ее охлаждения, а следовательно, и разрушительных последствий для работы вакуумной колонны. Это позволяет оптимизировать режим ее работы в летний период времени и увеличить рентабельность.

Повышенная температура охлаждающей воды

Помимо сезонного эффекта от повышения температуры в летние месяцы, проблемы в контуре охлаждающей воды нефтеперерабатывающего завода могут возникнуть в любое время года и привести к повышению температуры воды. Независимо от источника проблемы, конечным результатом является повышение давления в установке вакуумной перегонки (УВП).

Загрязнение конденсатора

Конденсаторы подвержены сильному загрязнению со стороны трубопровода подачи охлаждающей воды. Причиной может являться недостаточная степень очистки, длительное воздействие воздуха повышенной влажности (например, в течение технического обслуживания), высокой температуры на выходе, биологической коррозии и загрязнения антикоррозийными продуктами. Корпус также подвергается загрязнению из-за отложений углеводородов, которые могут возникнуть вследствие сбоев технологического процесса. Отложения загрязнений, которые накапливаются с течением времени, снижают общий коэффициент теплопередачи, усиливая падение давления в системе, особенно со стороны охлаждающей воды. Процесс загрязнения ускоряется в периоды, когда температура охлаждающей воды на выходе значительно выше расчетной, что наиболее часто происходит в жаркие летние месяцы.

Задержка в обслуживании

Задержка технического обслуживания теплообменника или конденсатора может отрицательно повлиять на производительность вакуумной колонны. Неустраненные утечки воздуха через неисправные механические уплотнения или фланцы могут привести к увеличению нагрузки на эжектор и, следовательно, к повышению давления в верхней части колонны УВП. Частично загрязненные барометрические датчики также могут ограничивать способность к конденсации из-за частичного заливания поверхности конденсатора.

Увеличение выброса газа из-за условий процесса

Создание вакуума требует удаления газов — как конденсируемых, так и неконденсируемых. Следовательно, если условия процесса и/или источник сырья способствуют накоплению газов, это отрицательно повлияет на работу УВП. Увеличение объемов газа может произойти из-за утечки воздуха, чрезмерной скорости (простых и очищенных) паров или большого количества крекинг-газа. Источником проблем также могут быть изменения состава сырья, зачастую обусловленные качеством исходной сырой нефти, а также ненадлежащая работа установки первичной переработки нефти, из-за чего в УВП попадают «легкие» углеводороды, которые не были извлечены при атмосферной перегонке.

Проблемы с давлением движущегося пара (MSP)

Когда давление движущегося пара (ДДП) ниже минимального расчетного давления, количество подаваемого пара уменьшается. В этом случае энергии для сжатия всасываемой жидкости до расчетного давления нагнетания недостаточно, в результате чего оно колеблется. Слишком горячий пар будет давать такой же эффект, так как его удельный объем увеличивается. С другой стороны, когда давление движущегося пара (ДПД) выше расчетного давления, подача избыточного количества пара в горловину эжектора вызывает эффект воздушной пробки в диффузоре эжектора. Качество подающегося движущегося пара важно, так как влажный пар взывает эрозионные повреждения внутренних поверхностей. Унос жидкости из конденсаторов тоже может вызывать аналогичные проблемы. Жидкости, испаряющиеся при низком давлении в горловине, могут ограничивать производительность эжектора и повышать входное давление.

Превышение максимального давления нагнетания (MDP)

Давление нагнетания соответствует давлению пара конденсированной жидкости при температуре нижнего конденсатора плюс парциальное давление неконденсируемых газов.

Максимальное давление нагнетания (MDP) показано на кривой, рядом с графиком производительности (рис. 2), и соответствует максимальному давлению, при котором эжектор может работать и обеспечивать необходимый звуковой и скоростной импульс потока. При сохранении всех условий постоянными важной составляющей является температура конденсатора, находящегося ниже по потоку, так как при увеличении температуры охлаждающей воды в летний период может быть значительно превышено максимальное давление нагнетания (MDP).

При возникновении такой проблемы требуется дополнительное охлаждение конденсируемой воды, подающейся для уменьшения давления в эжекторе.

Рис 2.

Minimum motive steam pressure = 500 psig @ 500 ºF Минимальное давление рабочего пара = 500 фунтов на кв. дюйм при 500 ºF

MDP = 83 mmHg absolute/maximum water temperature = 91 ºF

Максимальное давление нагнетания (MDP) = 83 мм рт. ст., Абсолютная / максимальная температура воды = 91 °F

Pressure, mmHg — Давление, мм рт. ст.

Design point — Проектное значение

Water vapor equivalent, pph — Эквивалент водяного пара, фунт в час

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ С ПОМОЩЬЮ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ

Многие из причин возникновения повышенного давления в верхней части колонны УВП (более высокая температура летом, временные изменения условий эксплуатации) нарушают условия процесса только на короткое время.

Следовательно, для УВП необходимы решения, временно меняющие технологический процесс для получения большего количества ценного дистиллята.

Аггреко Евразия специализируется на предоставлении временных систем охлаждения, адаптированных к конкретным условиям и потребностям любого НПЗ.

Проект разрабатывается после тщательного анализа каждой УВП, включая режимы эксплуатации, перспективные производственные показатели, доступную температуру и расход охлаждающей воды, а также тенденцию конденсаторов к загрязнению.

При выборе оборудования учитываются имеющиеся источники электроэнергии, пространственные ограничения и доступность завода для противоаварийных мероприятий.

После анализа рисков и работоспособности установки, проведенного совместно с НПЗ, специалисты Аггреко предоставляют системы автоматизации и удаленного мониторинга рабочих параметров временной системы.

Такие системы, включающие различные элементы — чиллеры, теплообменники, градирни, — развертываются всего за несколько дней или недель с момента первоначального обсуждения с заказчиком. Высокая скорость разработки проекта, доставки, ввода в эксплуатацию и вывода временных систем охлаждения обеспечивает заказчику устойчивую финансовую прибыль.

Временное охлаждение решает сезонные проблемы, связанные с повышенной температурой, и внедряется при желании руководства НПЗ использовать краткосрочные рыночные возможности.

Более того, НПЗ могут постоянно отслеживать дополнительную прибыль, которую завод получает в течении срока эксплуатации временных решений на базе аренды, и определять наиболее подходящий момент для его вывода из эксплуатации.

Установка вакуумной перегонки (УВП) может быть рассчитана на несколько режимов работы — от влажного до сухого, в зависимости от количества пара, поступающего на установку. Проекты комплексной аренды оборудования Aggreko успешно применяются при различных режимах работы вакуумной перегонной установки VDU (УВП).

Ниже представлены два примера из практики.

1) УСТАНОВКА СУХОЙ ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКИ

В сухом режиме работы пар не нагнетается в установку, и система может работать при давлении всего от 5 до 15 мм рт. ст. абс. В этом режиме два эжектора обычно устанавливаются последовательно для непосредственного удаления неконденсируемого газа из установки вакуумной перегонки (УВП). На НПЗ, работающем в этом режиме, давление в вакуумной колонне неожиданно увеличивается от 20 до 61 мм рт. ст. Повышение давления из-за его перепада со стороны трубы дает сильное засорение первого и второго конденсаторов. Как видно из показаний, более высокий перепад давления снижает расход охлаждающей воды. Это, в свою очередь, вызвало перегрузку второй ступени эжектора, что привело к более высокому давлению всасывания. Низкая производительность первой ступени эжектора также способствовала значительному увеличению рабочего давления колонны. Сотрудничество специалистов (APS) и НПЗ помогло решить проблему с охлаждением воды для каждого конденсатора с 34 °C до 31°C благодаря временной системе охлаждения. Система состояла из чиллеров и различного вспомогательного оборудования и была развернута за восемь рабочих дней. Решение позволило производителю получить более высокий выход тяжелого вакуумного газойля (HVGO) на 1850 баррелей в сутки. Срок проекта — 93 дня.

Пример №1.

2) УСТАНОВКА МОКРОЙ ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКИ (VDU)

В «мокром» режиме работы значительное количество пара нагнетается в УВП/УВО и действует как отгонный пар или идет в трубы пламенного нагревателя для увеличения скорости жидкости и предотвращения закоксовывания трубок. Большая часть пара, закачиваемого в любое из этих мест, конденсируется и собирается в верхней части колонны. В этом режиме рабочее верхнее давление колонны находится в диапазоне 50-65 мм рт. ст., что относительно умеренно по сравнению с другими режимами работы. В действительности работа при этом давлении делает возможной конденсацию с использованием охлаждающей воды завода. Система для создания вакуума обычно состоит из цепи двух или трех эжекторов. В этой схеме конденсатор перед эжектором первой ступени служит для удаления максимально возможного количества паров углеводородов и воды. Чем лучше конденсация, тем легче поддерживать желаемое давление вакуума и выход дистиллятов.

Для оценки теоретического улучшения выхода дистиллятов, который может быть получен с помощью временной системы охлаждения конденсатора, была смоделирована УВП, работающая во влажном режиме с производительностью 25 955 баррелей за эксплуатационные сутки. Было сделано предположение, что температура охлаждающей воды на входе в конденсатор после установки временного оборудования улучшит конденсацию. В базовом сценарии предполагалось, что более низкий по сравнению с расчетным расход охлаждающей воды вызывает засорение конденсатора. Это повышает температуру верхнего конденсатора до 54 °C и давление в верхней части колонны до 100 мм рт.ст.

Рисунок № 4.

Oily water — Нефтесодержащая вода

Off-gas — Отходящий газ

Water — Вода

При постоянной скорости подачи сырья и применении рассматриваемого проекта давление и температура в верхней части колонны постепенно снижались. При охлаждении конденсированной воды увеличивается количество тепла, отводимого верхним и нижним насосом. Это приводит к улучшению качества и легкого, и тяжелого вакуумного газойля. В итоге происходит увеличение количества дорогостоящего дистиллята за счет более низкой стоимости кубовых остатков ректификации.

На рисунке 5 показаны новые условия технологического процесса при использовании временной системы охлаждения на объекте.

В таблице приведены данные о доле тяжелого вакуумного газойля (HVGO) до и после охлаждения временным чиллером. При более высоком давлении вакуума (100 мм рт. абс) общий выход дистиллятов (LVGO + HVGO) составил 40,6%. Предполагалось, что временная система охлаждения позволит снизить давление в вакуумной колонне до 75 мм рт. ст. абс. В этом случае выход дистиллятов увеличится до 47,6%. При текущих скоростях подачи в колонну выход дистиллятов приведет к увеличению объема тяжелого вакуумного газойля (HVGO) на 1794 баррелей в сутки.

ТАБЛИЦА

	Подача	Тяжелый вакуумный газойль (HVGO)
		До	После
Верхнее давление на УВП [мм рт.ст.]
Температура конденсатора [°C]	161 410	65 597	76 904
Расход [кг/ч]
Выход дистиллятов
Объемный расход остатка [баррелей за экспл. сутки]	25 955	16 334	16 334
НТК	214	241	225
5	283	296	286
10	352	350	248
20	394	378	377
30	419	391	388
40	457	410	406
50	496	428	424
60	538	447	440
70	581	470	461
80	623	491	479
90	665	538	525
95	686	620	613

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Если предположить, что разница между предельной стоимостью HVGO и составом внизу колонны составляет 10 долларов за баррель, то чистое увеличение производства дистиллятов принесет приблизительно 1 600 000 долларов за три месяца летней эксплуатации.

Проекты временного охлаждения могут повысить эффективность эксплуатации и принести дополнительную прибыль, когда сезонные температурные условия и условия загрязния технологическо оборудования ВСС не дают УВП достичь оптимального давления и температуры конденсации, либо когда руководство НПЗ хочет извлечь выгоду из краткосрочных возможностей.

Технические решения компании Аггреко по температурному контролю и системам охлаждения обеспечивают экономически выгодные для заказчика показатели, являются полностью готовыми для развертывания оборудования и его ввода в эксплуатацию. Подразделение APS, помимо аренды оборудования, также предоставляет решения, которые обеспечивают безопасность, надежность, высокую производительность и эксплуатационную гибкость. Кроме того, предоставление временной услуги может быть быстро прекращено, когда оно становится экономически нецелесообразным.

Компания Аггреко предоставляет нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности полный спектр услуг по аренде на протяжении 25 лет. Помимо аренды оборудования, в Аггреко работают команды химиков, механиков, инженеров-электриков, которые разрабатывают комплексные инженерные проекты для аварийных ситуаций, улучшения или устранения узких мест производства. Проекты реализуются в короткие сроки — дни или недели. Разработки компании, как было показано, увеличивают производительность при одновременном сокращении времени выполнения работ и затрат.

Соотношение выгод и затрат компания Aggreko (APS) от 5:1 до 40:1 является одним из лучших в отрасли.

www.aggreko.com

Алексей Журавлев,

Менеджер по развитию бизнеса

Нефтехимическая промышленность

M: +7 916 440 15 13, E: [email protected], E: [email protected].

SONDEX SC85 Конденсатор пластинчатый для обработки больших потоков пара

SC85 – конденсатор пластинчатый для обработки больших потоков пара.

Пластинчатый теплообменник Sondex SC85 – современное теплообменное оборудование датского производства. Принцип наборных пластин в Sondex SС85 дает возможность решать несколько важных задач: увеличивать мощность теплообменника (добавив нужное количество пластин) и легко проводить очистку и ремонт оборудования.

В процессе теплообмена жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). В местах их возможного перетекания находится двойное резиновое уплотнение, что практически исключает смешение жидкостей. При этом пластины разработаны без контакта металла пластин в области прохождения жидкости, что обеспечивает высокую турбулентность и, следовательно, высокий коэффициент теплопередачи.

Преимущества:

Экономичность и простота обслуживания. При засорении пластинчатый теплообменник может быть разобран, промыт и собран двумя работниками в течение 4-6 часов.
Низкая загрязняемость поверхности теплообмена вследствие высокой турбулентности потока жидкости, образуемой рифлением, а также качественной полировки теплообменных пластин.
Срок эксплуатации уплотнительной прокладки у ведущих европейских производителей достигает 10 лет. Срок работы теплообменных пластин – 20-25 лет. Стоимость замены уплотнений колеблется в пределах 15-25% от стоимости пластинчатого теплообменника, что дешевле аналогичного процесса замены латунной трубной группы в кожухотрубном теплообменнике, составляющей 80-90% от стоимости аппарата.
Стоимость монтажа пластинчатого теплообменника составляет 2-4% от стоимости оборудования, что на порядок ниже, чем у кожухотрубного теплообменника. Низкие массогабаритные показатели пластинчатого теплообменника позволяют сэкономить на монтаже и уменьшить площади, отводимые под тепловой пункт.
Индивидуальный расчет каждого пластинчатого теплообменника по оригинальной программе завода-изготовителя позволяет подобрать его конфигурацию в соответствии с гидравлическим и температурным режимами по обоим контурам.
Изменяемость под задачи: в случае необходимости площадь поверхности теплообмена в пластинчатом теплообменнике может быть легко уменьшена или увеличена простым извлечением или добавлением пластин.
Конденсация водяного пара в пластинчатом теплообменнике позволяет обходиться без специального доохладителя, т. к. процесс конденсации и доохлаждения конденсата можно осуществить в одном аппарате.
Устойчивость к вибрациям: пластинчатые теплообменники высокоустойчивы к наведенной двухплоскостной вибрации, вызывающей повреждения кожухотрубного теплообменника.
Меньшие последствия при гидроударах. Самое негативное последствие гидравлического удара для разборного пластинчатого теплообменника – выход из строя прокладок. В то время как для паяного или сварного, кожухотрубного в том числе, возможно повреждение.

Область применения:

Отопление, кондиционирование и горячее водоснабжение.
Энергетика.
Металлургическая промышленность.
Технологические системы и установки морских судов и плавучих объектов.
Химическая, нефтяная и газовая промышленность.
Машиностроение.

Характеристика	Значение
Рабочая температура,°С	от –25 до +210
Тип сред	вода – вода, вода – пар, вода – этиленгликоль
Материал прокладок	EPDM, Nitril, Viton

Россия, Казахстан, Белоруссия, Узбекистан, Армения, Киргизия, Таджикистан – доставка в любой город и другие страны ЕАЭС и мира.

Имя должно быть не менее :error символов.

Не правильный E-mail.

Название должно быть не менее :error символов.

Обязательное поле

Защита от спама reCAPTCHA Конфиденциальность и Условия использования

Сообщение отправлено

Пожалуйста, заполните форму правильно.

Отправка…

Капча недействительна.

Повторите попытку позже.

ТЕПЛООБМЕННИКИ
Уникальный дизайн пластин обеспечивает высокую эффективность и теплопередачу. SONDEX поставляет как стандартные, паянные, полусварные, сварные пластинчатые теплообменники так и предлагает индивидуальные решения под задачи клиента.
НАСОСЫ
Широко применяются в морской, индустриальной, пищевой и погружной промышленности.
ПРЕСНАЯ ВОДА
Уникальный дизайн и соотношение цены и качества! Генераторы пресной воды Sondex используют для получения чистой питьевой воды путем испарения морской воды под высоким вакуумом. Это дает возможность подачи воды в испаритель при температуре ниже 48°C.

Пищевые насосы
S-WP0, S-WP1 и др.
Пластинчатые теплообменники
S, SF, SFD, SW, SL, SPS и др.
Спиральные теплообменники
SonSPV и др.
Морские и пром.насосы
SWP, SPX, SMP, SIP и др.
Испарители и конденсаторы
SWE, SWC и др.
Опреснители морской воды
SFD и др.
Пастеризаторы
SONDEX и др.
Тепловые пункты (ИТП)
Akva, Termix, DH, HW и др.

Имя должно быть не менее :error символов.

Не правильный E-mail.

Название должно быть не менее :error символов.

Обязательное поле

Защита от спама reCAPTCHA Конфиденциальность и Условия использования

Сообщение отправлено

Пожалуйста, заполните форму правильно.

Отправка…

Капча недействительна.

Повторите попытку позже.

адрес для заявок: [email protected]

Оператор набирает сообщение

Здравствуйте! Какая продукция Вас интересует?

(7273)495-231
(3955)60-70-56
(8182)63-90-72
(8512)99-46-04
(3852)73-04-60
(4722)40-23-64
(4162)22-76-07
(4832)59-03-52
(423)249-28-31
(8672)28-90-48
(4922)49-43-18
(844)278-03-48
(8172)26-41-59
(473)204-51-73
(343)384-55-89
(4932)77-34-06
(3412)26-03-58
(395)279-98-46
(843)206-01-48
(4012)72-03-81
(4842)92-23-67
(3842)65-04-62
(8332)68-02-04
(4966)23-41-49
(4942)77-07-48
(861)203-40-90
(391)204-63-61
(3522)50-90-47
(4712)77-13-04
(4742)52-20-81
(3519)55-03-13
(495)268-04-70
(8152)59-64-93
(8552)20-53-41
(831)429-08-12
(3843)20-46-81
(383)227-86-73
(3496)41-32-12
(3812)21-46-40
(4862)44-53-42
(3532)37-68-04
(8412)22-31-16
(342)205-81-47
(8142)55-98-37
(8112)59-10-37
(863)308-18-15
(4912)46-61-64
(846)206-03-16
(812)309-46-40
(8342)22-96-24
(845)249-38-78
(8692)22-31-93
(3652)67-13-56
(4812)29-41-54
(862)225-72-31
(8652)20-65-13
(3462)77-98-35
(8212)25-95-17
(4752)50-40-97
(4822)63-31-35
(8482)63-91-07
(3822)98-41-53
(4872)33-79-87
(3452)66-21-18
(3012)59-97-51
(8422)24-23-59
(347)229-48-12
(4212)92-98-04
(8352)28-53-07
(351)202-03-61
(8202)49-02-64
(3022)38-34-83
(4112)23-90-97
(4852)69-52-93

Задайте вопрос прямо сейчас:

Какие бывают конденсаторы,как рассчитать конденсатор

Холодильный контур в традиционных холодильных машинах состоит из нескольких элементов, одним из основных является конденсатор хладагента.
В названии этого узла, входящего в холодильное оборудование, прямо «зашифрована» физическая функция, которую выполняет конденсатор холодильной машины – конденсация, то есть смена агрегатного состояния хладагента из газообразного на жидкое.

Для осуществления процесса конденсации газообразных веществ необходимо выполнение хотя бы одного из следующих условий:
1) при неизменном давлении газа понизить его температуру, отобрать кинетическую энергию у молекул, образующих газ, «обездвижить» их и вынудить собраться в «капельки росы» при помощи межмолекулярных связей…
2) при неизменной температуре газа повысить его давление, увеличить плотность молекул газа в единице объёма… «обездвижить» их теснотой и вынудить собраться…
При реальных процессах конденсации газов в холодильном оборудовании используют оба эти условия.
Физический процесс повышения давления или сжатия хладагента (газа) приводит к его разогреву.
Физический процесс конденсации хладагента (газа) так же сопровождается выделением теплоты.
Поэтому «главная задача», которую выполняет конденсатор холодильной установки: отобрать тепло у поступающего на вход газообразного хладагента и передать его в окружающую среду (воздух или иные теплоносители, теплопотребители…), чтобы к выходу из конденсатора хладагент был охлажден до необходимой температуры и стал жидкостью.
Если рассматривать конденсатор холодильника, то наиболее распространёнными в существующем многообразии холодильной и кондиционерной техники являются так называемые «воздушные холодильные конденсаторы». В них избыточное тепло из хладагента отбирается при помощи потока воздуха, обтекающего теплообменные поверхности конденсатора.
В настоящее время основным «преимуществом», которым обладает воздушный конденсатор хладагента заключается в том, что использование воздуха для их охлаждения обходится пока гораздо дешевле, чем любых иных «вторичных теплоносителей».
Воздушный конденсатор для компрессора тем эффективнее выполняет свои функции, чем больше площадь поверхности теплообмена конденсатора, с которой можно «снять» тепло потоком воздуха, или чем выше скорость этого самого воздушного потока вдоль данной обдуваемой поверхности.
Именно с этими факторами и возникают основные неисправности конденсаторов хладагента, причиной которых является потеря эффективности теплообмена, и не всегда виной при этом качество конденсаторов.
Во-первых: дело в том, что конденсаторы хладагента не находятся в «стерильной среде» и поток воздуха всегда содержит пылевые и прочие включения, имеющие свойство оседать на теплообменной поверхности.
Это со временем ухудшает процесс теплообмена и конденсатор частично либо полностью прекращает выполнять свои функции, а нарушение процесса конденсации хладагента – прямой путь к тому, что холодильная установка или кондиционерная прекращают работать, возникают неисправности прочих узлов и деталей холодильного контура.
Из «чисто экономических» и технологических соображений, для удешевления производства, уменьшения габаритов конденсаторов хладагента, при сохранении относительной прочности готового узла, конструктивно конденсаторы имеют ячеистую структуру, а наличие «ячеек» на пути прохождения воздушного потока лишь усугубляет условия для накопления грязевых отложениях на теплоотводящих поверхностях, со всеми вытекающими из этого негативными последствиями.
Во-вторых: для увеличения скорости потока охлаждающего воздуха через конденсатор хладагента используется вентилятор конденсатора, и неисправность этих вентиляторов становится неисправностью испарителя, который не в состоянии обеспечить требуемую теплоотдачу хладагенту без принудительного обдува.
Вентиляторы конденсаторов, кроме явной неисправности, когда просто отсутствует вращение лопастей, создающих поток воздуха, могут просто частично утратить свою производительность из-за утраты смазки в подшипниках, дефектов в многополюсных обмотках электродвигателях вентиляторов (межвитковый пробой) и даже от изменения «угла атаки» лопастей вентиляторов или их частичного разрушения.
В-третьих: в связи с тем, что хладагент находится внутри конденсаторов хладагента при повышенных температурах и под давлением, значительно превышающим давление воздуха окружающей среды, то существует вероятность возникновения утечки хладагента через теплообменные поверхности или трубопроводы, соединяющие конденсатор с остальными элементами и узлами холодильного контура.
Утечка хладагента вызывает снижение давления, а значит и ухудшает условия для возникновения конденсации хладагента в жидкость.
К сожалению, приходится констатировать, что данный вид неисправности набирает «всё большую популярность», в связи с тем, что «современные и разрешённые» хладагенты требуют для своей работы более высоких давлений, по сравнению с хладагентами предыдущих поколений, ограниченными к применению в настоящее время или запрещёнными по «экологическим соображениям».
В-четвёртых: «залив» нижних калачей конденсатора накопившимся маслом, которое перемещается в холодильном контуре совместно с хладагентом. Эта неисправность приводит к нарушению условий конденсации хладагента и служит дополнительным препятствием на пути хладагента, что, как ни парадоксально, приводит к тому, что масло, заливаемое в компрессоры, все больше накапливается в возникшем «узком месте» холодильного контура и существенно уменьшает холодопроизводительность холодильной установки, вплоть до возникновения аварийных ситуаций.
Причиной для накопления масла в калачах испарителя может служить деформация (изменение наклонов) трубопроводов, отсутствие или некорректная установка маслоподъёмных петель при расположении конденсатора ниже, чем расположен холодильный агрегат по уровню.
В-пятых: наиболее редко встречающаяся неисправность конденсаторов – грязевые отложения на внутренних поверхностях теплообменника конденсатора. Такие отложения создают внутреннюю «термозащитную» плёнку, которая препятствует нормальному теплообмену между хладагентом и внешней средой.

«Грязевая плёнка» возникает, когда холодильная установка или кондиционерная долго работают – наличие внутри холодильного контура трущихся (перемещающихся) во время работы относительно друг друга узлов и механизмов, которые содержит холодильный компрессор, приводит к их износу, появлению металлической пыли. Эти микрочастицы не могут быть полностью собраны установленными в холодильном контуре фильтрами только из-за того, что сами фильтры имеют конечные возможности по сбору загрязнений хладагента.
Следует отметить, что до такого типа неисправности конденсатора хладагента современное холодильное и кондиционерное оборудование просто недорабатывает из-за очень ограниченного временного ресурса работоспособности, закладываемого производителями при изготовлении агрегатных узлов и механизмов.

Обращайтесь в нашу компанию, мы Вам поможем:

подобрать аналог конденсатора
узнать, какой конденсатор нужен для конкретной холодильной установки
заказать конденсатор
купить конденсаторы для компрессора
произвести монтаж конденсаторов

тел.: (017) 322-00-00

Как обнаружить гармонические токи и где ими управлять?

По материалам статьи “How to locate harmonic currents and where to control them?”, опубликованной на сайте electrical-engineering-portal.com

В системах с радиальными распределительными фидерами и системах электропитания промышленных установок гармонические токи в основном протекают от создающей гармоники нагрузки к источнику электропитания, см. рисунок ниже. Для гармонических токов импеданс энергетической системы обычно является самым низким обнаруживаемым импедансом.

Общий поток гармонических токов в радиальной системе электропитания

Таким образом, основная часть тока протекает к источнику.

Подобную общую тенденцию потоков гармонических токов можно использовать для поиска источников гармоник. С помощью монитора качества электроэнергии, способного предоставлять информацию о гармонических составляющих тока, просто измерьте гармонические токи в каждой ветви от начала цепи, и проследите гармоники к источнику.

Как минимум для одной из гармоник подобный характер потока способны изменять конденсаторы коррекции коэффициента мощности.

Например, как показано на рисунке ниже, добавление конденсатора к предыдущей схеме позволит отвести большой объем гармонического тока на этот участок цепи. В подобной ситуации, следование по пути гармонического тока приведет к батарее конденсаторов вместо фактического источника гармоник.

Таким образом, для надежного поиска источников гармоник обычно необходимо временно отсоединить все конденсаторы.

Силовые косинусные конденсаторы способны изменять направление потока одной из гармонических составляющих тока

Обычно достаточно просто отличить гармонические токи, связанные с реальными источниками, от гармонических токов, которые возникают исключительно из-за резонанса с использованием батареи конденсаторов. Резонансный ток обычно имеет только одну доминирующую гармонику, находящуюся выше основной синусоидальной волны. Обратите внимание, что гармонические источники генерируют более одной гармонической частоты.

В зависимости от искажающих факторов волновые формы этих гармонических источников имеют несколько произвольные волновые формы, но содержат в значительных количествах несколько гармоник. Одна большая, значительная гармоника почти всегда означает резонанс.

Данный факт можно использовать для того, чтобы определить, будут ли в системе с конденсаторами существовать проблемы гармонического резонанса.

Просто измерьте ток в конденсаторах. Если величина какой-либо гармоники, кроме первой, достаточно велика, вполне вероятно, что конденсатор является частью резонансного контура в энергосистеме. На любых установках, где имеются подозрения на проблемы с гармониками, всегда сначала проверяйте токи конденсаторов.

Другим методом поиска источников гармоник является корреляция временных отклонений искажения напряжения с конкретными характеристиками заказчика и нагрузки. Результаты измерений гармонических искажений можно сравнить с конкретными типами нагрузок, такими как дуговые электропечи, приводы стана и общественный транспорт, которые возникают с перерывами.

Корреляция времени от измерений и фактического времени работы позволит идентифицировать источник гармоник.
Управление гармониками
Стратегии смягчения проблем, связанных с гармоническими искажениями, несколько отличаются по местоположению. Приведенные ниже технологии являются способами управления гармоническими искажениями, как распределительном фидере, так и в системе электропитания конечного пользователя.

1. На распределительных фидерах системы энергоснабжения
2. На оборудовании конечного пользователя

На распределительных фидерах системы энергоснабжения

Отношение X/R распределительного фидера обычно невелико. Поэтому увеличение гармоник за счет резонанса с банками фидеров обычно незначительно по сравнению с тем, что можно обнаружить внутри промышленного объекта. Инженеры по электроснабжению привыкли размещать банки фидеров там, где они нужны, не заботясь о гармониках.

Однако искажение напряжения от резонанса банков фидеров может в некоторых случаях превышать допустимые пределы. Это потребует определенных мер противодействия.

Когда возникают проблемы, обычно первым решением является попытка поиска решения за счет перемещения проблемного банка или изменения размера конденсатора или нейтрального соединения. Причиной некоторых гармонических проблем, связанных с банками конденсаторов фидеров, является увеличение гармоник, кратных трем, в нейтральной цепи фидера.

Для изменения потока гармонических токов нулевой последовательности вносятся изменения в нейтральное соединение соединенных звездой банков.

Для блокировки потока разрешена плавающая нейтраль. В других случаях более выгодно поддерживать поток, помещая в нейтраль дроссель, который позволит преобразовать банк в настроенный резонансный шунт для гармоники с нулевой последовательностью.

Гармонические проблемы на распределительных фидерах часто существуют только при легкой нагрузке!

Напряжение повышается, в результате чего распределительные трансформаторы создают больше гармонических токов и меньше нагрузки, чтобы заглушить резонанс. В этом случае проблему зачастую можно решить, переключая конденсаторы.

Если гармонические токи из широко распределенных источников требуют фильтрации на распределительных фидерах, общая идея состоит в том, чтобы переместить несколько фильтров в сторону концов фидеров. Хотя это применяется не часто, количество установок фидерных фильтров растет.

Высоковольтные конденсаторы для воздушных распределительных систем

На рисунке выше показан один из примеров установки фильтра на воздушной распределительной сети. Это сокращает средний путь для гармонических токов, уменьшая возможность создания помех телефонной связи и снижая падение гармонического напряжения в линиях.

Фильтры являются практически коротким замыканием, по меньшей мере, для одной гармонической составляющей. Это позволяет поддерживать минимальное искажению напряжения на фидере. Когда концы фидера «зафиксированы» фильтрами относительно искажения напряжения, искажениям напряжения гораздо более сложно подниматься выше пределов в любом другом месте.

Исследования гармонического потока следует выполнять всегда, когда на распределительных подстанциях установлены банки конденсаторов большой емкости. Нельзя рассчитывать на то, что системные потери заглушат резонанс в этой точке системы, и увеличение резонанса может быть серьезным.

В оборудовании конечного пользователя

Когда проблемы с гармониками возникают в оборудовании конечного пользователя, прежде всего, необходимо определить, является ли основной причиной резонанс с силовым конденсатором в оборудовании. В подобных случаях сначала попробуйте простое решение, используя конденсатор другого номинала.

Автоматические контроллеры коэффициента мощности дают возможность выбирать схему управления, которая позволяет избежать вызывающей проблемы конфигурации. В других случаях будет так много конденсаторов, случайно переключаемых с нагрузками, что условий резонанса невозможно будет избежать. Фильтрация будет необходима.

ВАЖНО! Установка фильтров на низковольтных системах конечного пользователя, как правило, является более практичной и экономичной, чем в системах распределения электроэнергии.

Легче выполняются критерии установки фильтра, а само фильтрующее оборудование более доступно на рынке. Если величина вводимых нагрузками гармонических токов чрезмерна, промышленные пользователи также должны изучить средства уменьшения гармоник с помощью различных подключений трансформаторов и линейных дросселей.

В офисных зданиях влияние гармонических токов третьих гармоник на нейтральные цепи могут снизить трансформаторы с зигзагообразным подключением и гармонические фильтры для третьих гармоник. Исследования должны проводиться на всех конденсаторах, установленных в промышленных системах на главной шине. В этом месте недостаточные потери в линии для ослабления резонанса.

Таким образом, когда резонанс совпадает с гармонической частотой, которая является сильной составляющей тока нагрузки, результирующее искажение напряжения зачастую становится серьезным. Проблемы с резонансом часто менее выражены, когда конденсаторы располагаются на электродвигателях и в центрах управления электродвигателями. Это также помогает уменьшить потери в системе по сравнению с простое размещение конденсатора на главной шине. Конечно, из-за многочисленных требуемых установок это решение может быть более дорогостоящим, чем использование одного конденсатора на главной шине.

Предполагается, что кабели должны быть достаточно длинными, чтобы ввести в цепь достаточное для ослабления резонанса сопротивление. В сетях с короткими кабелями, возможно, будет сложно или невозможно добиться значительного снижения гармоник.

Если вам нужна профессиональная консультация по диагностике электрооборудования, просто отправьте нам сообщение!

Примеры оборудования:

Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами

Способ фракционной дистилляции жидких смесей и фракционный дистиллятор жидкостей

Изобретения относятся к фракционной перегонке жидкостей и могут быть использованы в нефтепереработке, фармации, производстве опресненной воды, спиртных напитков. Дистиллятор содержит в металлическом испарителе электрически изолированный трубопровод с дисковым электродом и боковыми отверстиями на нижнем конце, которые покрыты мелкопористым диспергатором восходящего потока пара. На крышке испарителя установлена ректификационная колонна с верхним газоохлаждаемым дефлегматором и нижней гидроловушкой тяжелой части флегмы. Ловушка через вентиль соединена с баком конденсатора, сообщающегося через сливной кран с испарителем. Конденсатор частично заполнен холодной смесью тех же фракций и погруженным в нее змеевиком, подключенным к герметичному сборнику дистиллята, соединенному газопроводами со свободным атмосферным пространством конденсатора и циркуляционным газовым насосом. Насос подключен через буферный ресивер охлаждения крышки дефлегматора и каталитический рекомбинатор к месту соединения химического дозатора и изолированного трубопровода. Последний через выключатель соединен с источником электрического тока и металлическим корпусом испарителя. Технический результат: разделение фракций с высокой чистотой и энергоэффективностью, предотвращение повышения концентрации тяжелых фракций. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефтепереработке, ликероводочному производству, фармацевтике и производству особо чистой воды.

Известно устройство испарительного куба в установке, осуществляющей перегонку с водяным паром, описание которой приводится в источнике: Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973, стр. 481. Устройство содержит испарительный куб, обогреваемый по наружной поверхности с помощью паровой рубашки, и барботер, через который подается острый пар внутрь него. Пары, образующиеся при испарении жидкой смеси, направляются в конденсатор-холодильник и через сепаратор сливаются в сборник дистиллята.

Недостатком данного технического решения, осложняющим его применение в маломерных аппаратах, является то, что для питания куба технологическим греющим паром необходимо наличие соответствующего оборудования (котельная, коммуникации и т.д.). При этом общий расход тепла при перегонке с водяным паром больше, чем в простой перегонке с дефлегмацией на количество тепла, которое удалятся вместе с водяным паром.

Известна также перегонка с дефлегмацией, например, в ректификационной колонне, подключенной к испарительному кубу, в которой частично конденсируются высококипящие фракции и полученная жидкость – флегма – сливается обратно в испарительный куб, а пары, обогащенные низкокипящими фракциями, как обычно, направляются в конденсатор и сборник дистиллята.

Однако сброс флегмы обратно в испаритель повышает концентрацию в нем тяжелых высококипящих фракций, что приводит к нерациональным энергозатратам на их многократное испарение и затрудняет процесс фракционной перегонки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ разделения смесей на фракции и устройство для его осуществления по патенту РФ №2142313, согласно которому испарение каждой фракции производят при оптимальных температурах, когда упругость пара наиболее летучей фракции существенно превышает упругость пара фракций, оставшихся в смеси, причем температуру смеси с высокой точностью поддерживают в интервале оптимальных температур с помощью ее термостатирования в течение времени, пока данная фракция не испарится полностью, затем температуру термостата повышают до оптимальной для следующей фракции и полного ее испарения и т. д.

Для ускорения ухода пара каждой из фракций над поверхностью смеси создают направленный поток пара или газа, нейтрального к любой из фракций, которым обезгаживают смесь, перемешивая ее, а затем затормаживают поток пара или газа в конденсаторе при температуре конденсации выбранной фракции.

Известно также устройство для осуществления данного способа разделения смесей на фракции, содержащее испаритель, заполненный смесью фракций, нагреватель испарителя, конденсатор и насос в зоне испарения фракций, которое дополнительно содержит устройство для создания направленного потока пара или газа, термостат и сверхзвуковое сопло для формирования направленного потока пара или газа. Причем испаритель размещен внутри термостата, а сам термостат выполнен с возможностью варьирования температуры и заполнен термоустойчивым веществом с высокой теплопроводностью, в котором размещены нагреватели.

Испаритель и корпус термостата могут быть изготовлены из графита и дополнительно снабжены системой для подачи со дна испарителя пара или газа, нейтральных к смеси и фракциям.

К существенным недостаткам прототипа следует отнести довольно медленное испарение нужной фракции с ограниченной поверхности жидкой смеси даже сверхзвуковой струей газа или пара и противоречивое требование по ее обезгаживанию и одновременному перемешиванию путем подачи этого газа или пара со дна испарителя.

Техническим результатом настоящего изобретения является:

а) разделение фракций жидкой смеси с высокой чистотой и энергетической эффективностью за счет частичного возврата тепла ее конденсации и регенерации;

б) предотвращаются повышение концентрации тяжелых фракций в кипящей смеси и нерациональные энергозатраты их повторного испарения;

в) исключение из технологического процесса оборудования для производства и транспортировки технологического пара при сохранении температуры кипения жидкой смеси ниже ее точки кипения при используемом давлении.

Указанные технические результаты достигаются тем, что предложен способ фракционной дистилляции жидких смесей путем их термостатированного испарения при температурах ниже температуры кипения каждой фракции, когда упругость пара наиболее летучей фракции существенно превышает упругость пара фракций, оставшихся в смеси, до полного испарения данной фракции в направленном потоке нейтрального газа или пара, который тормозят в конденсаторе при температуре конденсации выбранной фракции, затем температуру смеси повышают до интенсивного испарения следующей фракции и ее полного испарения и так до испарения последней фракции.

В отличие от известного способа, испарение нужной фракции проводят внутри жидкой смеси путем ее искусственного газирования и объемного кипения, а мелкодиспергированные пузырьки газа, необходимые для цепной активации центров кипения, создают непосредственно в критическом объеме жидкой смеси в виде восходящей струи кипения сжимаемой метажидкости, чем ускоряют тепломассоперенос от нагревателя в конденсатор, охлаждаемый очередной порцией жидкой смеси, и подачу вместе с газом конденсируемой фракции в ректификационную колонну с гидроловушкой, в нижней части которой отводят тяжелую флегму от кипящей жидкой смеси, а газы и пар из герметичного сборника дистиллята опять направляют в струю кипения жидкой смеси.

Причем газирование жидкой смеси проводят ее электролизом в электропроводящем испарителе губчатым металлическим электродом или мелкопористым керамическим распылителем с проводящим электродом, а также мелкодисперсным распылением в ней газа или пара, которые циклически отделяют и перекачивают от продуктов конденсации обратно в струю кипения жидкой смеси, а также путем дозированной подачи из сообщающегося сосуда концентрированного раствора или порошка слабой кислоты к жидкой смеси с щелочной реакцией или слабой щелочи – к жидкой смеси, имеющей кислотную pH.

Указанный результат в предлагаемом дистилляторе для осуществления данного способа достигается за счет конструктивных особенностей аппарата с двухконтурной – газовой и жидкостной – обратной связью, а также за счет использования методов интенсификации теплообмена путем циклической подачи диспергированных газов из герметичного сборника дистиллята и конденсатора с холодной смесью, в которую временно отводится тяжелая часть флегмы.

Также предложен фракционный дистиллятор жидкостей, содержащий испаритель, заполненный смесью фракций, нагреватель испарителя, устройство для создания направленного потока газа или пара и конденсатор с насосом и сборником дистиллята. В металлическом испарителе герметично установлен погруженный в критический объем жидкой смеси, электрически изолированный трубопровод с дисковым электродом и боковыми отверстиями на нижнем конце, которые покрыты мелкопористым диспергатором восходящего потока газа или пара, на крышке испарителя установлена ректификационная колонна с верхним охлаждаемым дефлегматором, снабженная в своей нижней части гидроловушкой тяжелой части флегмы. Гидроловушка через регулировочный вентиль соединена с баком конденсатора, сообщающегося через трехходовой сливной кран с испарителем, конденсатор частично заполнен холодной смесью тех же фракций и погруженным в нее змеевиком, подключенным к герметичному сборнику дистиллята, соединенному газопроводами со свободным атмосферным пространством конденсатора и циркуляционным газовым насосом, подключенным через буферный ресивер охлаждения крышки дефлегматора и каталитический рекомбинатор к месту соединения химического дозатора и вышеупомянутого электрически изолированного трубопровода, который через выключатель соединен с одним из полюсов источника электрического тока, у которого другой полюс подключен к металлическому корпусу испарителя.

В результате этого образуется двойной параллельный цикл жидкости и газа, как при естественном кругообороте воды в природе, позволяющий утилизировать тепло и газ из конденсатора, регенератора и сборника дистиллята.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен испаритель дистиллятора с ректификационной колонной, а на фиг. 2 – конденсатор со сборником дистиллята и вспомогательными элементами.

Предлагаемый дистиллятор содержит металлический испарительный куб 1, заполненный жидкой смесью фракций 2, и нагреватель испарителя 3.

Испаритель 1 герметично закрыт крышкой 4, в которой установлен погруженный в критический объем жидкой смеси 2, электрически изолированный трубопровод 5 с дисковым электродом 6 и боковыми отверстиями на нижнем конце, которые покрыты мелкопористым диспергатором 7 восходящего потока газа или пара, в качестве которого может использоваться электропроводящая титановая губка – полуфабрикат титанового производства.

На крышке 4 испарителя 1 установлена ректификационная колонна 8 с верхним охлаждаемым дефлегматором 9, снабженная в своей нижней части гидроловушкой 10 тяжелой части флегмы, циркулирующей в ректификационной колонне 8. Ловушка 10 через регулировочный вентиль 11 соединена с баком конденсатора 12, сообщающегося через трехходовой сливной кран 13 с испарителем 1.

Бак конденсатора 12 частично заполнен холодной смесью тех же фракций 2 с погруженным в нее змеевиком 14, подключенным к герметичному сборнику дистиллята 15, соединенного газопроводами 16 со свободным воздушным пространством конденсатора 12 и циркуляционным газовым насосом 17, который подключен через буферный ресивер 18 охлаждения крышки дефлегматора и каталитический рекомбинатор 19 к месту соединения химического дозатора 20 и вышеупомянутого электрически изолированного трубопровода 5, который через выключатель 21 соединен с одним из полюсов источника электрического тока 22, у которого другой полюс подключен к металлическому корпусу испарителя 1.

На крышке 4 испарителя 1 может быть установлен термометр 23 с датчиком срабатывания электрического выключателя 21, настроенным на температуру окончания процесса дистилляции нужной фракции.

Заявленный способ осуществляют в предлагаемом дистилляторе следующим образом.

При перегонке изотопно-легкой водки с минимальным содержанием тяжелой воды испаритель 1 загружают смесью фракций 2, то есть бражкой, и формируют в ней направленный вверх поток пара или газа из свободного воздушного пространства конденсатора 12 при помощи циркуляционного газового насоса 17 и электролиза жидкой смеси между дисковым электродом 6 и баком испарителя 1.

В начале процесса это просто атмосферный воздух с примесью газообразного водорода и кислорода, которые под небольшим избыточным давлением подаются через каталитический рекомбинатор 19 и изолированный трубопровод 5 в мелкопористый диспергатор 7, создающий восходящий поток газовой эмульсии.

После включения нагревателя 3 температура смеси повышается до начала метакипения первой легко испаряемой фракции, например спирта, которая существенно ниже температуры кипения этой фракции при данном давлении в испарителе 1. Это обусловлено тем, что при достаточно большом объеме и глубине жидкой смеси 2, превышающем так называемый критический объем, состоящей уже из сжимаемой метажидкости – газовой эмульсии, в ней начинается цепная реакция размножения и увеличения объема восходящих пузырьков за счет испарения в них легкой фракции смеси 2. Испарившаяся парогазовая смесь поступает в ректификационную колонну 8, где происходит типичный процесс селективного тепломассопереноса, который отличается только тем, что пристеночная тяжелая часть циркулирующей флегмы отводится из испарителя 1 при помощи гидроловушки 10 и регулировочного вентиля 11 в конденсатор 12, в котором она оставлена в верхнем слое более холодной и плотной запасной части смеси жидких фракций 2. Аналогичным образом происходит параллельное отделение тяжелой воды с дейтерием и тритием, которая имеет более высокую температуру кипения и хуже поддается электролизу, чем легкая вода с обычным водородом, способная испаряться с большей интенсивностью в таких условиях.

Благодаря этому после рекомбинации, то есть окисления водорода в рекомбинаторе 19 с платино-палладиевым катализатором, в испарительный бак 1 возвращается только подогретая легкая вода и ее пар с остатками газообразного водорода, кислорода и атмосферным воздухом. При этом дополнительные газовые пузырьки могут создаваться и за счет подачи соответствующих химических реагентов из дозатора 20, выполненного, например, в виде медицинского шприца.

Из дефлегматора 9 ректификационной колоны 8 пар легкой фракции поступает в змеевик 14, где и конденсируется, подогревая запасную часть холодной смеси в конденсаторе 12, которая по мере необходимости самотеком через сливной кран 13 подается в испаритель 1. Тем самым существенно увеличивается цикл перегонки и объем перегоняемой жидкой смеси 2, по окончании которого температура в испарителе повышается, срабатывает датчик выключателя 21 и остаток жидкой смеси вместе с ее тяжелыми компонентами сливается через тот же кран 13.

Таким образом, в сборнике дистиллятора 15 оказывается только чистый спирт и легкая вода H₂O практически без компонентов тяжелой воды, в частности очень вредного радиоактивного T₂O, обладающего температурой кипения 104°C и периодом полураспада 12 лет, из-за которого спиртные напитки и выдерживают в подвалах много лет. Поэтому предлагаемый способ перегонки эквивалентен искусственной выдержке в течение не десятков, а сотен лет, что позволяет его использовать в профилактике онкологических заболеваний при производстве не только спиртных напитков, но и особо чистой питьевой воды, свободной от биологических ядов – тяжелой D₂O и сверхтяжелой воды T₂O.

Экономическая эффективность предложенного способа и устройства заключается также в том, что замкнутые контуры газа I и жидкости II позволяют повторно использовать теплоту конденсации и рекомбинации, а временный отвод тяжелой флегмы из испарителя исключает ее повторное кипение и дополнительное загрязнение жидкой смеси, вследствие чего происходит снижение ресурсозатрат, а также уменьшается тепловое загрязнение окружающей среды при минимальной модификации типовых перегонных аппаратов с применением известных материалов и оборудования, что подтверждает промышленную применимость изобретения.

1. Способ фракционной дистилляции жидких смесей путем термостатированного испарения при температурах ниже температуры кипения каждой фракции, когда упругость пара наиболее летучей фракции существенно превышает упругость пара фракций, оставшихся в смеси, до полного испарения данной фракции в направленном потоке нейтрального газа или пара, который тормозят в конденсаторе при температуре конденсации выбранной фракции, затем температуру смеси повышают до интенсивного испарения следующей фракции и ее полного испарения и так до испарения последней фракции, отличающийся тем, что понижение температуры кипения нужной фракции производят газированием жидкой смеси мелкодиспергированными пузырьками газа или пара, которыми запускают цепную реакцию активации центров кипения непосредственно в критическом объеме жидкой смеси в виде восходящей струи кипения сжимаемой метажидкости, чем ускоряют тепломассоперенос от нагревателя в конденсатор, который охлаждают очередной порцией жидкой смеси, и обеспечивают подачу вместе с газом конденсируемой фракции в ректификационную колонну с гидроловушкой, в нижней части которой временно отводят тяжелую часть флегмы от кипящей жидкой смеси, а газы и пар из герметичного сборника дистиллята опять направляют в струю кипения жидкой смеси.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что восходящую струю кипения сжимаемой метажидкости создают электролизом электропроводящей жидкой смеси в электропроводящем испарителе губчатым металлическим электродом или мелкопористым керамическим распылителем с проводящим электродом, а газы из герметичного сборника дистиллята направляют обратно в кипящую жидкую смесь через буферный ресивер охлаждения дефлегматора ректификационной колонны и каталитический рекомбинатор.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что восходящую струю кипения сжимаемой метажидкости диэлектрической смеси создают мелкодисперсным распылением в ней газов и пара, которые циклически отделяют и перекачивают от продуктов конденсации обратно в струю кипения жидкой смеси.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что струю кипения сжимаемой метажидкости создают химическим путем за счет дозированной подачи из сообщающегося сосуда концентрированного раствора или порошка слабой кислоты к жидкой смеси с щелочной реакцией или слабой щелочи – к жидкой смеси, имеющей кислую pH.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кипящую струю сжимаемой метажидкости в дистиллируемой смеси создают одновременным воздействием на нее электролиза с мелкодисперсной эмульсией газов и химической коррекцией pH среды.

6. Фракционный дистиллятор жидкостей, содержащий испаритель, заполненный смесью фракций, нагреватель испарителя, устройство для создания направленного потока газа или пара и конденсатор с насосом и сборником дистиллята, отличающийся тем, что в металлическом испарителе герметично установлен погруженный в критический объем жидкой смеси, электрически изолированный трубопровод с дисковым электродом и боковыми отверстиями на нижнем конце, которые покрыты мелкопористым диспергатором восходящего потока газа или пара, на крышке испарителя установлена ректификационная колонна с верхним охлаждаемым дефлегматором, снабженная в своей нижней части гидроловушкой тяжелой части флегмы, ловушка через регулировочный вентиль соединена с баком конденсатора, сообщающегося через трехходовой сливной кран с испарителем, конденсатор частично заполнен холодной смесью тех же фракций и погруженным в нее змеевиком, подключенным к дефлегматору ректификационной колонны и герметичному сборнику дистиллята, соединенному газопроводами со свободным атмосферным пространством конденсатора и циркуляционным газовым насосом, подключенным через буферный ресивер охлаждения крышки дефлегматора и каталитический рекомбинатор к месту соединения химического дозатора и вышеупомянутого электрически изолированного трубопровода, который через выключатель соединен с одним из полюсов источника электрического тока, у которого другой полюс подключен к металлическому корпусу испарителя.

7. Дистиллятор по п. 6, отличающийся тем, что на испарителе установлен термометр с датчиком срабатывания электрического выключателя, настроенным на температуру окончания испарения необходимой фракции.

8. Дистиллятор по п. 6, отличающийся тем, что мелкопористый диспергатор и дисковый электрод изготовлены как единое целое из губчатого металла, например титановой губки.

Конденсаторы – SparkFun Learn

Авторы: Джимблом

Избранное Любимый 84

Введение

Конденсатор представляет собой электрический компонент с двумя выводами. Наряду с резисторами и катушками индуктивности они являются одними из самых основных пассивных компонентов , которые мы используем. Вам пришлось бы очень постараться, чтобы найти схему, в которой не было бы с конденсатором.

Что делает конденсаторы особенными, так это их способность накапливать энергию ; они как полностью заряженная электрическая батарея. Колпачки , как мы их обычно называем, имеют все виды важных применений в цепях. Общие области применения включают локальное накопление энергии, подавление скачков напряжения и сложную фильтрацию сигналов.

Описано в этом учебном пособии

В этом учебном пособии мы рассмотрим всевозможные темы, связанные с конденсаторами, в том числе:

Как изготавливается конденсатор
Как работает конденсатор
Единицы измерения емкости
Типы конденсаторов
Как распознать конденсаторы
Как емкость объединяется последовательно и параллельно
Общие области применения конденсаторов

Обозначения и единицы измерения

Обозначения цепей

Существует два распространенных способа изображения конденсатора на схеме. У них всегда есть две клеммы, которые соединяются с остальной частью схемы. Символ конденсаторов состоит из двух параллельных линий, плоских или изогнутых; обе линии должны быть параллельны друг другу, близко, но не соприкасаться (это на самом деле показывает, как сделан конденсатор. Трудно описать, проще просто показать:

(1) и (2) являются стандартными символами цепи конденсатора. (3) является примером символов конденсаторов в действии в цепи регулятора напряжения.

Символ с изогнутой линией (№ 2 на фотографии выше) указывает на то, что конденсатор поляризован, что означает, что это, вероятно, электролитический конденсатор. Подробнее об этом в разделе типов конденсаторов этого руководства.

Каждый конденсатор должен сопровождаться именем — C1, C2 и т. д. — и номиналом. Значение должно указывать емкость конденсатора; сколько в нем фарад. Говоря о фарадах…

Единицы измерения емкости

Не все конденсаторы одинаковы. Каждый конденсатор рассчитан на определенную емкость. Емкость конденсатора говорит вам , сколько заряда он может хранить , чем больше емкость, тем больше емкость для хранения заряда. Стандартная единица измерения емкости называется фарад , что сокращенно обозначается как Ф .

Получается, что фарад — это лот емкости, даже 0,001Ф (1 мФ — 1мФ) — большой конденсатор. Обычно вы увидите конденсаторы с номиналом в пико- (10 ^-12 ) до микрофарад (10 ^-6 ).

Prefix Name	Abbreviation	Weight	Equivalent Farads
Picofarad	pF	10 ^-12	0.000000000001 F
Nanofarad	nF	10 ^-9	0,000000001 Ф
Микрофарад	мкФ	10 ^-6	0. 000001 F
Milifarad	mF	10 ^-3	0.001 F
Kilofarad	kF	10 ³	1000 F

When you get into the от фарада до килофарадного диапазона емкости, вы начинаете говорить о специальных конденсаторах под названием super или ultra -конденсаторы.

Теория конденсаторов

Примечание : Информация на этой странице не очень важна для понимания новичками в области электроники… и к концу она становится немного сложной. Рекомендуем прочитать Как изготавливается конденсатор , остальные можно пропустить, если они вызывают у вас головную боль.

Как изготавливается конденсатор

Схематичное обозначение конденсатора на самом деле очень похоже на способ его изготовления. Конденсатор состоит из двух металлических пластин и изоляционного материала, называемого диэлектриком . Металлические пластины расположены очень близко друг к другу, параллельно, но между ними находится диэлектрик, чтобы они не соприкасались.

Стандартный сэндвич-конденсатор: две металлические пластины, разделенные изолирующим диэлектриком.

Диэлектрик может быть изготовлен из любых изоляционных материалов: бумаги, стекла, резины, керамики, пластика или любого другого материала, препятствующего прохождению тока.

Пластины изготовлены из токопроводящего материала: алюминия, тантала, серебра или других металлов. Каждый из них подключен к терминальному проводу, который в конечном итоге соединяется с остальной частью схемы.

Емкость конденсатора — сколько у него фарад — зависит от его конструкции. Для большей емкости требуется больший конденсатор. Пластины с большей площадью перекрытия обеспечивают большую емкость, а большее расстояние между пластинами означает меньшую емкость. Материал диэлектрика даже влияет на то, сколько фарад имеет колпачок. Полную емкость конденсатора можно рассчитать по уравнению:

Где ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (постоянная величина, определяемая материалом диэлектрика), A — площадь, на которой пластины перекрывают друг друга, а d — расстояние между пластинами.

Как работает конденсатор

Электрический ток — это поток электрического заряда, который используется электрическими компонентами для освещения, вращения или других действий. Когда ток течет в конденсатор, заряды «застревают» на пластинах, потому что они не могут пройти через изолирующий диэлектрик. Электроны — отрицательно заряженные частицы — всасываются в одну из пластин, и в целом она становится отрицательно заряженной. Большая масса отрицательных зарядов на одной пластине отталкивает заряды другой пластины, делая ее положительно заряженной.

Положительные и отрицательные заряды на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, потому что это то, что делают противоположные заряды. Но с диэлектриком, сидящим между ними, как бы они ни хотели соединиться, заряды навсегда застрянут на пластине (пока им некуда будет деться). Постоянные заряды на этих пластинах создают электрическое поле, влияющее на электрическую потенциальную энергию и напряжение. Когда заряды группируются на таком конденсаторе, колпачок накапливает электрическую энергию так же, как батарея может накапливать химическую энергию.

Зарядка и разрядка

Когда положительные и отрицательные заряды сливаются на пластинах конденсатора, конденсатор становится заряженным . Конденсатор может сохранять свое электрическое поле — удерживать свой заряд — потому что положительные и отрицательные заряды на каждой из пластин притягиваются друг к другу, но никогда не достигают друг друга.

В какой-то момент пластины конденсатора будут настолько заряжены, что просто не смогут больше принимать. На одной пластине достаточно отрицательных зарядов, чтобы они могли оттолкнуть любые другие, пытающиеся присоединиться. Вот где емкость (фарад) конденсатора вступает в игру, что говорит вам о максимальном количестве заряда, который может хранить крышка.

Если в цепи создается путь, который позволяет зарядам найти другой путь друг к другу, они покинут конденсатор, и он разрядится .

Например, в приведенной ниже схеме батарея может использоваться для создания электрического потенциала на конденсаторе. Это приведет к тому, что на каждой из пластин будут накапливаться одинаковые, но противоположные заряды, пока они не будут настолько заполнены, что будут отражать дальнейшее протекание тока. Светодиод, включенный последовательно с крышкой, может обеспечить путь для тока, а энергия, накопленная в конденсаторе, может использоваться для кратковременного освещения светодиода.

Расчет заряда, напряжения и тока

Емкость конденсатора — сколько у него фарад — говорит вам, сколько заряда он может хранить. Сколько заряда конденсатора в настоящее время хранит , зависит от разности потенциалов (напряжения) между его пластинами. Эту взаимосвязь между зарядом, емкостью и напряжением можно смоделировать с помощью следующего уравнения:

Заряд (Q), хранящийся в конденсаторе, является произведением его емкости (C) и приложенного к нему напряжения (V).

Емкость конденсатора всегда должна быть постоянной известной величиной. Таким образом, мы можем регулировать напряжение, чтобы увеличить или уменьшить заряд крышки. Большее напряжение означает больше заряда, меньше напряжения… меньше заряда.

Это уравнение также дает нам хороший способ определить стоимость одного фарада. Один фарад (Ф) — это способность хранить одну единицу энергии (кулон) на каждый вольт.

Вычисление тока

Мы можем развить уравнение заряда/напряжения/емкости еще на один шаг, чтобы выяснить, как емкость и напряжение влияют на ток, потому что ток – это ставка потока заряда. Суть отношения конденсатора к напряжению и току такова: количество тока через конденсатор зависит как от емкости, так и от того, как быстро напряжение возрастает или падает . Если напряжение на конденсаторе быстро возрастает, через конденсатор индуцируется большой положительный ток. Более медленный рост напряжения на конденсаторе соответствует меньшему току через него. Если напряжение на конденсаторе постоянно и неизменно, то через него не будет проходить ток.

(Это уродливо и усложняет исчисление. Это не так уж необходимо, пока вы не изучите анализ во временной области, проектирование фильтров и другие неприятные вещи, поэтому переходите к следующей странице, если вам это не нравится. уравнение.) Уравнение для расчета тока через конденсатор:

dV/dt часть этого уравнения является производной (причудливый способ сказать мгновенная скорость ) напряжения во времени, это эквивалентно высказыванию «как быстро повышается или понижается напряжение в данный момент». Главный вывод из этого уравнения заключается в том, что если напряжение стабильно , производная равна нулю, что означает ток также равен нулю . Вот почему ток не может течь через конденсатор, поддерживающий постоянное постоянное напряжение.

Типы конденсаторов

Существуют всевозможные типы конденсаторов, каждый из которых имеет определенные особенности и недостатки, которые делают его лучше для одних приложений, чем для других.

При выборе типа конденсатора необходимо учитывать несколько факторов:

Размер – Размер как по физическому объему, так и по емкости. Конденсатор нередко является самым большим компонентом в цепи. Они также могут быть очень маленькими. Для большей емкости обычно требуется конденсатор большей емкости.
Максимальное напряжение — Каждый конденсатор рассчитан на максимальное падение напряжения на нем. Некоторые конденсаторы могут быть рассчитаны на 1,5 В, другие — на 100 В. Превышение максимального напряжения обычно приводит к разрушению конденсатора.
Ток утечки – Конденсаторы не идеальны. Каждая крышка склонна к утечке небольшого количества тока через диэлектрик от одной клеммы к другой. Эта крошечная потеря тока (обычно наноампер или меньше) называется утечкой. Утечка заставляет энергию, хранящуюся в конденсаторе, медленно, но верно утекать.
Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) – Выводы конденсатора не являются проводящими на 100%, они всегда будут иметь небольшое сопротивление (обычно менее 0,01 Ом). Это сопротивление становится проблемой, когда через крышку проходит большой ток, вызывая потери тепла и мощности.
Допуск – Конденсаторы также не могут иметь точную, точную емкость. Каждая крышка рассчитана на номинальную емкость, но, в зависимости от типа, точное значение может варьироваться от ±1% до ±20% от желаемого значения.

Керамические конденсаторы

Наиболее часто используемыми и производимыми конденсаторами являются керамические конденсаторы. Название происходит от материала, из которого изготовлен их диэлектрик.

Керамические конденсаторы обычно имеют как физические, так и емкостные характеристики маленький . Трудно найти керамический конденсатор емкостью более 10 мкФ. Керамический колпачок для поверхностного монтажа обычно находится в крошечном корпусе 0402 (0,4 мм x 0,2 мм), 0603 (0,6 мм x 0,3 мм) или 0805. Керамические колпачки со сквозными отверстиями обычно выглядят как маленькие (обычно желтые или красные) лампочки с двумя выступающими выводами.

Две крышки в радиальной упаковке со сквозным отверстием; крышка 22 пФ слева и 0,1 мкФ справа. Посередине крошечная крышка 0,1 мкФ 0603 для поверхностного монтажа.

По сравнению с столь же популярными электролитическими конденсаторами керамические конденсаторы являются более близкими к идеальным конденсаторами (намного ниже ESR и токи утечки), но их небольшая емкость может быть ограничивающей. Как правило, они также являются наименее дорогим вариантом. Эти конденсаторы хорошо подходят для высокочастотной связи и развязки.

Алюминий и тантал Электролитические

Электролиты хороши тем, что они могут упаковать большую емкость в относительно небольшой объем. Если вам нужен конденсатор емкостью от 1 мкФ до 1 мФ, скорее всего, вы найдете его в электролитической форме. Они особенно хорошо подходят для высоковольтных приложений из-за их относительно высоких значений максимального напряжения.

Алюминиевые электролитические конденсаторы, самые популярные из электролитических конденсаторов, обычно выглядят как маленькие жестяные банки, оба вывода которых выходят снизу.

Ассортимент электролитических конденсаторов для сквозного и поверхностного монтажа. Обратите внимание, что у каждого есть способ маркировки катода (отрицательного вывода).

К сожалению, электролитические крышки обычно поляризованы . У них есть положительный контакт — анод — и отрицательный контакт, называемый катодом. Когда напряжение подается на электролитическую крышку, анод должен находиться под более высоким напряжением, чем катод. Катод электролитического конденсатора обычно обозначается маркировкой «-» и цветной полосой на корпусе. В качестве еще одного признака ножка анода может быть немного длиннее. Если к электролитической крышке приложить обратное напряжение, они эффектно выйдут из строя (сделав всплывает и разрывается), и навсегда. После выскакивания электролита будет вести себя как короткое замыкание.

Эти колпачки также печально известны своей утечкой — позволяют небольшому току (порядка нА) проходить через диэлектрик от одной клеммы к другой. Это делает электролитические конденсаторы далеко не идеальными для хранения энергии, что досадно, учитывая их высокую емкость и номинальное напряжение.

Суперконденсаторы

Если вы ищете конденсатор для хранения энергии, обратите внимание на суперконденсаторы. Эти бейсболки уникально разработаны, чтобы иметь очень большая емкость, в диапазоне фарад.

Суперконденсатор 1F (!) Высокая емкость, но рассчитана только на 2,5 В. Обратите внимание, что они также поляризованы.

Несмотря на то, что они могут накапливать огромное количество заряда, суперконденсаторы не могут работать с очень высокими напряжениями. Этот суперконденсатор 10F рассчитан только на максимальное напряжение 2,5 В. Что-то большее, чем это, уничтожит его. Суперконденсаторы обычно размещают последовательно для достижения более высокого номинального напряжения (при уменьшении общей емкости).

Основное применение суперконденсаторов находится в хранит и высвобождает энергию , подобно батареям, которые являются их основным конкурентом. Хотя суперконденсаторы не могут удерживать столько же энергии, сколько батарея такого же размера, они могут высвобождать ее намного быстрее и обычно имеют гораздо более длительный срок службы.

Другие

Электролитические и керамические конденсаторы покрывают около 80% всех типов конденсаторов (а суперконденсаторы только около 2%, но они супер!). Другим распространенным типом конденсатора является пленочный конденсатор , который характеризуется очень низкими паразитными потерями (ESR), что делает его идеальным для работы с очень большими токами.

Есть много других менее распространенных конденсаторов. Переменные конденсаторы могут создавать различные емкости, что делает их хорошей альтернативой переменным резисторам в схемах настройки. Скрученные провода или печатные платы могут создавать емкость (иногда нежелательную), поскольку каждый из них состоит из двух проводников, разделенных изолятором. Лейденские банки — стеклянная банка, наполненная и окруженная проводниками — это О. Г. из семейства конденсаторов. Наконец, конечно, конденсаторы потока (странная комбинация катушки индуктивности и конденсатора) имеют решающее значение, если вы когда-нибудь планируете вернуться в дни славы.

Конденсаторы, соединенные последовательно/параллельно

Подобно резисторам, несколько конденсаторов можно соединять последовательно или параллельно для создания общей эквивалентной емкости. Конденсаторы, однако, складываются таким образом, что полностью противоположны резисторов.

Параллельные конденсаторы

Когда конденсаторы расположены параллельно друг другу, общая емкость равна сумме всех емкостей . Это аналогично суммированию резисторов при последовательном соединении.

Так, например, если у вас есть три конденсатора номиналами 10 мкФ, 1 мкФ и 0,1 мкФ, соединенные параллельно, общая емкость будет 11,1 мкФ (10+1+0,1).

Конденсаторы в серии

Подобно тому, как резисторы сложно добавлять параллельно, конденсаторы становятся неприятными, когда их помещают в серию . Суммарная емкость последовательно соединенных конденсаторов N обратно пропорциональна сумме всех обратных емкостей.

Если у вас есть только два последовательно соединенных конденсатора , вы можете использовать метод «произведение на сумму» для расчета общей емкости:

Еще больше расширив это уравнение, если у вас есть два конденсатора одинаковой емкости, соединенные последовательно , общая емкость составляет половину их емкости. Например, два суперконденсатора 10F, соединенные последовательно, будут давать общую емкость 5F (это также позволит удвоить номинальное напряжение общего конденсатора с 2,5 В до 5 В).

Примеры применения

Для этого изящного маленького (на самом деле, обычно довольно большого) пассивного компонента существует масса применений. Чтобы дать вам представление об их широком спектре применения, вот несколько примеров:

Развязывающие (шунтирующие) конденсаторы

Многие конденсаторы, которые вы видите в схемах, особенно с интегральной схемой, являются развязывающими. Работа развязывающего конденсатора заключается в подавлении высокочастотного шума в сигналах источника питания. Они устраняют крошечные пульсации напряжения, которые в противном случае могли бы быть вредными для чувствительных ИС, из источника питания.

В некотором смысле, развязывающие конденсаторы действуют как очень маленький локальный источник питания для ИС (почти как источник бесперебойного питания для компьютеров). Если источник питания очень временно падает напряжение (что на самом деле довольно часто, особенно когда цепь, которую он питает, постоянно переключает требования к нагрузке), развязывающий конденсатор может кратковременно подавать питание с правильным напряжением. Вот почему эти конденсаторы также называются байпас колпачки; они могут временно действовать как источник питания, минуя источник питания.

Развязывающие конденсаторы подключаются между источником питания (5 В, 3,3 В и т. д.) и землей. Нередко используются два или более конденсатора с разными номиналами, даже разных типов, для обхода источника питания, потому что конденсаторы одних номиналов будут лучше других при фильтрации определенных частот шума.

В этой схеме используются три развязывающих конденсатора, которые помогают уменьшить шум в источнике питания акселерометра. Два керамических 0,1 мкФ и один танталовый электролитический 10 мкФ с раздельной развязкой.

Хотя кажется, что это может привести к короткому замыканию между питанием и землей, через конденсатор на землю могут проходить только высокочастотные сигналы. Сигнал постоянного тока будет поступать на ИС, как и требуется. Еще одна причина, по которой они называются байпасными конденсаторами, заключается в том, что высокие частоты (в диапазоне кГц-МГц) обходят микросхему, вместо этого проходя через конденсатор, чтобы попасть на землю.

При физическом размещении развязывающих конденсаторов их всегда следует располагать как можно ближе к ИС. Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.

Вот схема физической схемы из приведенной выше схемы. Крошечная черная микросхема окружена двумя конденсаторами емкостью 0,1 мкФ (коричневыми крышками) и одним электролитическим танталовым конденсатором емкостью 10 мкФ (высокая черно-серая прямоугольная крышка).

В соответствии с надлежащей инженерной практикой всегда добавляйте хотя бы один развязывающий конденсатор к каждой микросхеме. Обычно хорошим выбором является 0,1 мкФ, или даже добавьте несколько конденсаторов 1 мкФ или 10 мкФ. Это дешевое дополнение, и они помогают убедиться, что микросхема не подвергается большим провалам или скачкам напряжения.

Фильтрация источника питания

Диодные выпрямители можно использовать для преобразования переменного напряжения, выходящего из вашей стены, в постоянное напряжение, необходимое для большинства электронных устройств. Но диоды сами по себе не могут превратить сигнал переменного тока в чистый сигнал постоянного тока, им нужна помощь конденсаторов! При добавлении параллельного конденсатора к мостовому выпрямителю выпрямленный сигнал, подобный этому:

, можно превратить в сигнал постоянного тока ближнего уровня, подобный этому:

Напряжение. Конденсатор фильтра будет заряжаться по мере увеличения выпрямленного напряжения. Когда выпрямленное напряжение, поступающее на конденсатор, начинает быстро падать, конденсатор получает доступ к своему банку накопленной энергии и очень медленно разряжается, подавая энергию на нагрузку. Конденсатор не должен полностью разряжаться до того, как входной выпрямленный сигнал снова начнет увеличиваться, перезаряжая конденсатор. Этот танец повторяется много раз в секунду, снова и снова, пока используется источник питания.

Цепь питания переменного тока в постоянный. Крышка фильтра (C1) имеет решающее значение для сглаживания сигнала постоянного тока, посылаемого в цепь нагрузки.

Если вы разберете любой блок питания переменного тока в постоянный, вы обязательно найдете по крайней мере один довольно большой конденсатор. Ниже показаны внутренности настенного адаптера постоянного тока на 9 В. Заметили там какие-нибудь конденсаторы?

Конденсаторов может быть больше, чем вы думаете! Есть четыре электролитических, похожих на консервные банки, конденсатора емкостью от 47 мкФ до 1000 мкФ. Большой желтый прямоугольник на переднем плане — колпачок из высоковольтной полипропиленовой пленки 0,1 мкФ. Синяя крышка в форме диска и маленькая зеленая посередине — керамические.

Хранение и подача энергии

Кажется очевидным, что если конденсатор хранит энергию, то одним из многих его применений будет подача этой энергии в цепь, как и у батареи. Проблема в том, что конденсаторы имеют гораздо более низкую плотность энергии , чем батареи; они просто не могут упаковать столько же энергии, сколько химические батареи того же размера (но этот разрыв сокращается!).

Преимущество конденсаторов в том, что они обычно служат дольше, чем батареи, что делает их более экологичным выбором. Они также способны отдавать энергию намного быстрее, чем батарея, что делает их подходящими для приложений, которым требуется кратковременный, но мощный всплеск мощности. Вспышка камеры могла получать питание от конденсатора (который, в свою очередь, вероятно, заряжался от батареи).

	Battery	Capacitor
Capacity	✓
Energy Density	✓
Charge/Discharge Rate		✓
Life Span		✓

Аккумулятор или конденсатор?
Battery Capacitor
Capacity ✓
Energy Density ✓
Charge/Discharge Rate ✓
Life Span ✓

Фильтрация сигналов

Конденсаторы обладают уникальной реакцией на сигналы различной частоты. Они могут блокировать низкочастотные или постоянные компоненты сигнала, пропуская при этом более высокие частоты. Они как вышибала в очень эксклюзивном клубе только для высоких частот.

Фильтрация сигналов может быть полезна во всех приложениях обработки сигналов. Радиоприемники могут использовать конденсатор (среди других компонентов) для подавления нежелательных частот.

Другим примером конденсаторной фильтрации сигналов являются пассивные перекрестные схемы внутри динамиков, которые разделяют один аудиосигнал на несколько. Последовательный конденсатор блокирует низкие частоты, поэтому оставшиеся высокочастотные части сигнала могут попасть на твитер динамика. В низкочастотной цепи сабвуфера высокие частоты в основном могут быть шунтированы на землю через параллельный конденсатор.

Очень простой пример схемы аудиокроссовера. Конденсатор блокирует низкие частоты, а катушка индуктивности блокирует высокие частоты. Каждый из них можно использовать для подачи надлежащего сигнала на настроенные аудиодрайверы.

Снижение номинального напряжения

При работе с конденсаторами важно проектировать свои схемы с конденсаторами, которые имеют гораздо более высокий допуск, чем потенциально самый высокий скачок напряжения в вашей системе.

Вот отличное видео от инженера SparkFun Шона о том, что происходит с различными типами конденсаторов, когда вы не снижаете номинал своих конденсаторов и превышаете их максимальное напряжение. Подробнее о его экспериментах можно прочитать здесь.

Покупка конденсаторов
Сохраните на этих небольших компонентах для хранения энергии или заставьте их работать в качестве начального блока питания.
Наши рекомендации:
Комплект конденсаторов SparkFun
В наличии КОМПЛЕКТ-13698
12
Избранное Любимый 86
Список желаний
Конденсатор керамический 0,1 мкФ
В наличии COM-08375
1
Избранное Любимый 16
Список желаний
Суперконденсатор – 10F/2.
5V
В наличии COM-00746
3
Избранное Любимый 33
Список желаний
Встраиваемая электроника для начинающих — комплект блока питания
Пенсионер КОМПЛЕКТ-08373
Пенсионер
Избранное Любимый 7
Список желаний
Хотите узнать больше об основных темах?
См. нашу страницу Engineering Essentials , где представлен полный список краеугольных тем, связанных с электротехникой.
Отведи меня туда!
Ресурсы и дальнейшие действия
Ого. Почувствуйте себя экспертом по конденсаторам?! Хотите узнать больше об основах электроники? Если вы еще этого не сделали, почитайте о некоторых других распространенных компонентах электроники:
Резисторы
Диоды
Переключатели
Интегральные схемы
Транзисторы
Или, может быть, некоторые из этих руководств привлекут ваше внимание?
Аккумуляторные технологии
Как включить проект
Электроэнергия
Обращение к слону в цепи — наконец, уменьшенная альтернатива конденсаторам
Но, как и в случае с большинством компонентов, производительность имеет тенденцию к снижению, поскольку инженеры пытаются уменьшить их размеры для использования в более компактных и портативных устройствах. Самые эффективные конденсаторы на сегодняшний день, алюминиевые электролитические конденсаторы, имеют размер ластика для карандашей в самой маленькой версии, которая достаточно мала для ноутбуков и пультов дистанционного управления, но громоздка для технологий, встроенных в одежду и другие носимые аксессуары.
Таким образом, прогресс, подобный тому, о котором недавно сообщил профессор Выдающегося университета инженерного колледжа Дрекселя Юрий Гогоци, доктор философии , и его коллеги из Sungkyunkwan в журнале Джоуль , может иметь важное значение для будущего вездесущей технологии. потому что это может устранить конденсаторы как узкое место по размеру, а также показывает, как емкость и быстродействие электрохимических конденсаторов — или «суперконденсаторов» — могут быть значительно улучшены.
«Емкость алюминиевых электролитических конденсаторов обычно находится в диапазоне миллифарад, в то время как наши суперконденсаторы MXene оцениваются в фарадах — это означает, что их емкость во много раз больше, что позволяет устройству гораздо меньшего размера выполнять ту же работу», — сказал Гогоци. . «AEC часто являются самыми большими устройствами в персональной электронике. Если сделать их намного меньше, это может иметь большое значение».
В отчете предполагается, что конденсаторы, изготовленные из проводящего полимера, зажатого между слоями атомарно-тонкого двумерного материала, называемого MXene, могут поглощать заряд, достаточный для питания вашего мобильного телефона — по крайней мере, в течение короткого времени — всего за миллисекунду. . Это означает, что он может выдержать значительный толчок в любой системе, а также помочь сохранить работу при внезапном отключении питания.
Направление движения
Если представить конденсатор как парковочную площадку, то в идеале он должен иметь много парковочных мест и быть достаточно большим, чтобы вместить большое количество транспортных средств, и с большим количеством хорошо обозначенных въездов и выездов, так что всем будет легко быстро войти и выйти организованно.
На молекулярном уровне это то, что происходит в конденсаторе из MXene-полимера.
Пористые слои MXene обеспечивают многочисленные области входа и выхода для движущихся ионов электрического тока. Между слоями «парковочной площадки» MXene проводящий полимерный материал обеспечивает достаточно места для парковки всех ионов, поэтому устройство может выдерживать впечатляюще высокое напряжение и заряжаться или разряжаться за миллисекунду.
В дополнение к увеличению емкости устройства, полимерный материал также накладывает своего рода структуру на различные слои и поры MXene, что помогает направлять поток ионов, приходящих и уходящих. Это означает, что суперконденсатор из MXene-полимера может преобразовывать переменный ток (AC) — более грубую форму электричества, которое поступает непосредственно от источника его генерации — в постоянный ток (DC), который фактически используется для питания устройств. .
Благодаря своей емкости и эффективному управлению потоком высокопроизводительный конденсатор на основе MXene-полимера может быть намного меньше, чем AEC.
И это еще не все.
Быть гибким
В качестве основного мотива своей работы исследователи отмечают, что «жесткая форма и большой размер AEC являются препятствиями для их использования в миниатюрных и гибких электронных системах». Чтобы действительно «преодолеть разрыв с миниатюрными и масштабируемыми устройствами без форм-фактора» — заявленная цель — команде также необходимо было создать конденсатор, который мог бы работать в среде, требующей гибкости.
К счастью, долговечность материалов семейства MXene была задокументирована исследователями Департамента материаловедения и инженерии Drexel на протяжении многих лет. MXene оказался одним из самых прочных материалов такого размера, но, что более важно, он может сохранять свои свойства проводимости в различных формах — от глины до чернил и тонкой пленки.
Исследование предполагает, что эти свойства также справедливы для конденсаторов из MXene-полимера. Исследователи сообщают, что они могут быть изготовлены с помощью распыления в виде пленки толщиной с бумагу, которая сохраняет как скорость заряда/разряда, так и емкость при изгибании. Это означает, что конденсаторы могут производиться любого размера и быть частью электронных устройств практически на любой поверхности.
Такое сочетание скорости, размера и долговечности не имеет себе равных среди устройств, разрабатываемых в настоящее время, считают исследователи.
«Были прорывы в реализации высокочастотных ЭК с использованием наноструктурированного углерода для замены фильтров электролитических конденсаторов, но пока не достигнуты ни высокая объемная емкость, ни масштабируемое производство устройств», — пишут они. «Ожидается, что крупномасштабные гибкие ЭК, которые могут обеспечить как высокую объемную емкость, так и быструю частотную характеристику, устранят существующие препятствия для приложений с высокой мощностью», — пишут исследователи.
Гогоци предлагает следующие шаги для этого исследования, включая увеличение срока службы по сравнению с 30 000 циклами, указанными в статье, и продолжение оптимизации производственных технологий.
Это исследование финансировалось Корейским национальным исследовательским фондом. Полный текст статьи читайте здесь: https://www.cell.com/joule/pdfExtended/S2542-4351(18)30508-7
Что такое конденсатор и как он работает?
В этом уроке мы узнаем, что такое конденсатор, как он работает, и рассмотрим несколько основных примеров его применения. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменный учебник ниже.
Обзор
Почти нет схемы, в которой не было бы конденсатора, и наряду с резисторами и катушками индуктивности они являются основными пассивными компонентами, которые мы используем в электронике.
Что такое конденсатор?
Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать энергию в виде электрического заряда. По сравнению с батареей того же размера конденсатор может хранить гораздо меньше энергии, примерно в 10 000 раз меньше, но достаточно полезен для очень многих схем.
Конструкция конденсатора
Конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных изоляционным материалом, называемым диэлектриком. Пластины являются проводящими и обычно изготавливаются из алюминия, тантала или других металлов, в то время как диэлектрик может быть изготовлен из любого изоляционного материала, такого как бумага, стекло, керамика или что-либо, что препятствует протеканию тока.
Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах, прямо пропорциональна площади поверхности двух пластин, а также диэлектрической проницаемости ε диэлектрика, при этом чем меньше расстояние между пластинами, тем больше емкость. При этом давайте теперь посмотрим, как работает конденсатор.
Как работает конденсатор
Во-первых, мы можем отметить, что металл обычно содержит равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц, что означает, что он электрически нейтрален.
Если мы подключим источник питания или батарею к металлическим пластинам конденсатора, ток будет пытаться течь, или электроны с пластины, подключенной к положительному выводу батареи, начнут двигаться к пластине, подключенной к отрицательному выводу свинца аккумулятора. Однако из-за диэлектрика между пластинами электроны не смогут пройти через конденсатор, поэтому они начнут накапливаться на пластине.
После того, как определенное количество электроники накопится на пластине, у батареи будет недостаточно энергии, чтобы подтолкнуть любую новую электронику к входу в пластину из-за отталкивания той электроники, которая уже есть.
В этот момент конденсатор фактически полностью заряжен. Первая пластина приобрела суммарный отрицательный заряд, а вторая пластина приобрела равный суммарный положительный заряд, создавая между ними электрическое поле с силой притяжения, которая удерживает заряд конденсатора.
Диэлектрик конденсатора Принцип работы
Давайте посмотрим, как диэлектрик может увеличить емкость конденсатора. Диэлектрик содержит полярные молекулы, что означает, что они могут менять свою ориентацию в зависимости от зарядов на двух пластинах. Таким образом, молекулы выравниваются с электрическим полем, позволяя большему количеству электронов притягиваться к отрицательной пластине и отталкивать больше электронов от положительной пластины.
Итак, когда он полностью заряжен, если мы вытащим аккумулятор, он будет удерживать электрический заряд в течение длительного времени, выступая в качестве накопителя энергии.
Теперь, если мы закоротим два конца конденсатора через нагрузку, через нагрузку потечет ток. Накопленные электроны с первой пластины начнут двигаться ко второй пластине, пока обе пластины снова не станут электрически нейтральными.
Итак, это основной принцип работы конденсатора, а теперь давайте рассмотрим несколько примеров его применения.
Применение конденсаторов
Развязывающие (шунтирующие) конденсаторы
Типичным примером являются развязывающие конденсаторы или шунтирующие конденсаторы. Они часто используются вместе с интегральными схемами и размещаются между источником питания и землей ИС.
Их работа заключается в фильтрации любых помех в источнике питания, таких как пульсации напряжения, которые возникают, когда источник питания на очень короткий период времени падает напряжение или когда часть цепи переключается, вызывая колебания в источнике питания. В момент падения напряжения конденсатор будет временно действовать как источник питания, минуя основной источник питания.
Преобразователь переменного тока в постоянный
Другим типичным примером применения являются конденсаторы, используемые в адаптерах постоянного тока. Для преобразования переменного напряжения в постоянное обычно используется диодный выпрямитель, но без помощи конденсаторов он не справится.
Выходной сигнал выпрямителя представляет собой сигнал. Таким образом, пока выходная мощность выпрямителя увеличивается, конденсатор заряжается, а пока выходная мощность выпрямителя снижается, конденсатор разряжается и, таким образом, сглаживает выход постоянного тока.
См.: Что такое триггер Шмитта и как он работает
Фильтрация сигналов
Фильтрация сигналов — еще один пример применения конденсаторов. Благодаря своему особому времени отклика они способны блокировать низкочастотные сигналы, пропуская при этом более высокие частоты.
Используется в радиоприемниках для подавления нежелательных частот и в схемах кроссовера внутри громкоговорителей для разделения низких частот для низкочастотного динамика и высоких частот для твитера.
Конденсаторы для хранения энергии
Еще одно довольно очевидное применение конденсаторов — хранение и подача энергии. Хотя они могут хранить значительно меньше энергии по сравнению с батареями того же размера, срок их службы намного выше, и они способны отдавать энергию намного быстрее, что делает их более подходящими для приложений, где требуется большой импульс мощности.
Это все для этого урока, не стесняйтесь задавать любые вопросы в разделе комментариев ниже.
Физика – Конденсаторы – Университет Бирмингема
Батарея накапливает электрическую энергию и высвобождает ее в результате химических реакций, это означает, что ее можно быстро заряжать, но разряжать медленно. В отличие от батареи, конденсатор представляет собой компонент схемы, который временно накапливает электрическую энергию за счет распределения заряженных частиц на (обычно двух) пластинах для создания разности потенциалов. Для зарядки конденсатора может потребоваться меньше времени, чем для зарядки аккумулятора, и он может очень быстро высвобождать всю энергию.
Перейти к:
Введение
Видео
В фокусе
Заключение
Следующие шаги
Сколько мы можем взимать?
При подключении к ячейке или другому источнику питания электроны будут течь с отрицательного конца клеммы и накапливаться на одной пластине конденсатора. Другая пластина будет иметь чистый положительный заряд, поскольку электроны теряются в батарее, что приводит к разности потенциалов, эквивалентной напряжению элемента.
Конденсатор характеризуется своей емкостью ( C ) , обычно выражаемой в единицах фарад . Это отношение заряда ( Ом ) к разности потенциалов ( В ), где Кл = Ом/В
Чем больше емкость, тем больший заряд может удерживать конденсатор. Используя показанную установку, мы можем измерить напряжение, когда конденсатор заряжается через резистор, как функцию времени (t).
Как проверить поведение конденсатора?

Как проверить поведение конденсатора?
Как найти постоянную времени?

Здесь вы можете увидеть график зависимости напряжения от времени при зарядке и разрядке конденсатора.
Уравнения кривых V-t для зарядки и разрядки конденсатора являются экспоненциальными, где напряжение пропорционально начальному напряжению в степени времени над емкостью. Таким образом, с небольшими математическими манипуляциями мы можем построить логарифмический график зависимости напряжения от времени разряжающегося конденсатора, чтобы легко получить постоянную времени ( τ = RC ) из градиента (-1/ RC ) и начального напряжения из точки пересечения y.
Очень важно, чтобы используемый конденсатор имел большее номинальное напряжение, чем у элемента, и чтобы он был подключен с соблюдением полярности (отрицательная пластина должна быть подключена к отрицательному выводу элемента), иначе он может взорваться. Отрицательный конец обычно обозначается тире на корпусе конденсатора и обычно представляет собой более короткий контакт. Обратите внимание, однако, что не все конденсаторы поляризованы (обычно меньшие 9 конденсаторов).0011 мкФ единиц) и могут быть подключены любым способом. Еще одна важная вещь, о которой нужно позаботиться, это измерение напряжения через установленные промежутки времени. Одним из вариантов может быть использование осциллографа или использование конденсатора/резистора большего размера для увеличения времени зарядки/разрядки.

Что означают ваши измерения?
Конденсаторы являются обычным компонентом большинства электронных устройств и наиболее важны для хранения энергии. Поэтому разработка конденсаторов важна для технического прогресса аккумуляторов. Хотя текущее хранение энергии в значительной степени зависит от батарей, это может измениться в будущем, поскольку они медленно заряжаются и разряжаются, а вовлеченные химические процессы обычно вызывают потерю энергии за счет тепла. Хотя конденсаторы должны быть намного больше, чем батареи, чтобы хранить такое же количество заряда, они имеют значительные преимущества, включая гораздо более длительный срок службы и нетоксичные компоненты. Попытка заменить батареи этими суперконденсаторами и ультраконденсаторами является постоянной областью исследований.
Ранее мы говорили, что конденсаторы, в отличие от аккумуляторов, способны очень быстро разряжаться. По этой причине они находят широкое применение в нашей повседневной жизни и присутствуют почти во всех бытовых электронных устройствах. Они особенно полезны в устройствах, где требуется быстрый отклик, таких как лазеры и фотовспышки.
В эксперименте на видео выше мы продемонстрировали использование осциллографа для измерения постоянной времени конденсатора и узнали о важности полярности. Если у вас есть время, было бы интересно добавить в схему дополнительные компоненты. Добавив амперметр, мы можем измерить заряд и, следовательно, проделанную работу.
Если последовательно добавить конденсаторы, общая емкость составит 1/C = 1/C1+1/C2+1/C3+…+1/CN Где CN — емкость N-го конденсатора. . Добавление дополнительных конденсаторов параллельно дает общую емкость C = C1+C2+C3+…+CN
Следующие шаги

Эти ссылки предоставляются для удобства и только в информационных целях; они не являются подтверждением или одобрением Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте. Университет Бирмингема не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок. Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы, касающиеся его содержания.
Факторы, влияющие на выбор правильного конденсатора для вашей конструкции
Любой, кто плохо знаком с проектированием печатных плат, может иметь неправильное представление о том, что для выбора конденсатора необходимы требования к напряжению и емкости схемы. Использование конденсатора за пределами его напряжения или емкости может привести к отказу устройства.
Однако при выборе подходящего конденсатора учитывается множество других факторов, таких как температура, ESR, резонанс, коэффициент рассеяния и многое другое. Если вы упустите какой-либо из важных факторов, ваш дизайн все равно может потерпеть неудачу. Итак, давайте узнаем их всех.
Вот некоторые важные элементы, которые инженеры учитывают при выборе правильного конденсатора для своей конструкции.
Диэлектрическая проницаемость
Конденсатор — это пассивный элемент, который временно накапливает электрический заряд от внутреннего источника электрического поля перед тем, как снова рассеять его через нагрузку. Он состоит из двух металлических пластин, разделенных диэлектрическим материалом, как показано ниже.
Емкость можно рассчитать по формуле:
Здесь:
C= емкость
= диэлектрическая проницаемость
A= площадь пластин в квадратных метрах
d= расстояние между пластинами в метрах
Выбор конденсаторов с высокой диэлектрической прочностью обеспечивает высокую емкость.
В таблице ниже приведены характеристики распространенных типов конденсаторов, отсортированные по диэлектрическим материалам.
Таблица Источник: Digikey Electronics
Температура
Для каждого конденсатора указан предел рабочей температуры, указанный на упаковке. При превышении этого температурного предела изоляция вокруг диэлектрика начинает разрушаться, что может привести к потере электролита и току утечки.
Вот краткое сравнение трех популярных типов конденсаторов на основе их максимальной рабочей температуры.
Тип конденсатора Максимальная рабочая температура
Алюминиевые электролитические конденсаторы 85°C до 150°C
Пленочные конденсаторы макс. 110°С
Многослойные керамические конденсаторы от 85°C до 200°C
Таким образом, всегда необходимо выбирать конденсатор, который может безопасно работать при максимальной рабочей температуре приложения.
Эффективное последовательное сопротивление
Для инженеров всегда было неожиданностью узнать, что эквивалентная схема конденсатора включает эффективное последовательное сопротивление (ESR) и эффективную последовательную индуктивность (ESL), как показано ниже. Внутреннее сопротивление связано с материалами, конструкцией и производственным процессом.
Значение ESR меняется при изменении частоты, как переменный конденсатор. На низкой частоте значение ESR очень велико и уменьшается с увеличением частоты. Он также меняется с изменением температуры.
Математическое выражение выглядит следующим образом:
Здесь Xc представляет емкостное реактивное сопротивление, включая ESR и ESL. Значение обратно пропорционально частоте работы. Термины F и C представляют собой частоту и емкость соответственно.
Это означает, что на высокой частоте конденсатор предлагает самый простой путь для протекания тока. Таким образом, конденсаторы с низким значением ESR всегда предпочтительнее. Крайне важно проверить техническое описание, чтобы определить наилучшую комбинацию температуры и частоты для работы конденсатора при низком возможном значении ESR.
Обычно ESR электролитических конденсаторов самое высокое, тогда как у пленочных конденсаторов самое низкое.
Примечание. Конденсатор с одинаковым номиналом, но от двух разных производителей, может иметь два разных значения ESR для всех одинаковых условий.
Резонанс
Всегда происходит уменьшение мощности сигнала, когда он проходит через конденсатор. Это известно как вносимые потери. В идеальном конденсаторе она увеличивается с увеличением частоты. Однако в реальном конденсаторе потери увеличиваются до тех пор, пока конденсатор не достигнет частоты собственного резонанса (частоты, при которой импеданс становится равным нулю), а затем уменьшаются.
При этом эта концепция используется для уменьшения шумового сигнала конденсатора до тех пор, пока он не достигнет собственной резонансной частоты. Вот почему в высокочастотном диапазоне необходимо использовать конденсаторы с высокой частотой собственного резонанса (или низким значением ESL) для более эффективного подавления шума.
Коэффициент рассеяния
Теперь, когда мы знаем, что конденсаторы имеют внутреннее сопротивление, логично наблюдать некоторую потерю мощности при подаче переменного напряжения. Эта скорость потерь известна как коэффициент рассеяния.
Математическое выражение выглядит следующим образом:
Здесь DF представляет собой коэффициент рассеяния.
Если вы возьмете техпаспорт любого конденсатора, то заметите, что при определенной температуре и частоте работы конденсатор имеет разные значения DF на разных ступенях номинального напряжения. Проконсультируйтесь с вашим CM, чтобы помочь вам выбрать лучший конденсатор для вашего приложения с наименьшим возможным DF.
Смещение постоянного тока
Номинальная емкость, указанная в техническом описании конденсатора, находится в идеальных условиях без источника постоянного тока. Однако, если вы рассматриваете керамический конденсатор с высокой диэлектрической проницаемостью, в сценариях практического применения небольшой источник постоянного тока может изменить значение емкости. Это называется смещение постоянного тока. В таком случае у вас есть три варианта:
Выберите высокое значение емкости
Используйте физически больший размер упаковки
Переключиться на другой тип
Допуск
Значение допуска представляет минимальное и максимальное отклонение конденсатора от его номинального значения. Конденсатор емкостью 1000 мкФ с допустимым значением ±15% может быть разрешен для приложений 985 мкФ – 1015 мкФ. Для чувствительных приложений, таких как элементы времени, предпочтительны конденсаторы с низким допуском. Тем не менее, конденсаторы связи имеют широкий допуск, позволяющий с легкостью воспроизводить даже самые низкие частоты.
Поляризация
Поляризованные конденсаторы (P-C) используются при напряжении определенной полярности. Отрицательный вывод имеет отрицательный символ на поверхности конденсатора и имеет меньшую крышку, чем положительный вывод. Алюминиевые электролитические конденсаторы представляют собой полярные конденсаторы и поставляются с двумя крышками разной длины.
С другой стороны, неполярные конденсаторы (N-P-C) могут быть подключены к схеме любым способом. Керамические конденсаторы, пленочные конденсаторы и конденсаторы с электролитом неполярны.
P-C предлагает большое значение емкости в крошечном корпусе. Кроме того, они стоят значительно меньше, чем N-P-C, при той же емкости и номинальных напряжениях. Однако P-C имеет большой ток утечки и не может работать на более высоких частотах, как N-P-C. В то время как P-C находит свое основное применение в цепях постоянного тока, N-P-C можно использовать как в переменного, так и в постоянном токе, низких или высоких частотах.
В таблице ниже представлены типы конденсаторов и области их применения.
Типы Характеристики Приложения
Керамика
Силовые конденсаторы
Высокая точность
Неполяризованный
Резонансные схемы в передатчиках
Двигатель постоянного тока для снижения шума
Электролит
Широкий допуск
Высокая емкость
Высокая СОЭ
Поляризованный
Цепь фильтрации
СМПС
Фильтры нижних частот
Тантал
Высокий допуск
Малый ток утечки
Низкое максимальное рабочее напряжение
Хорошая стабильность
поляризованный
СМПС
Схемы выборки и хранения
Военное применение
Пленка
Хорошая стабильность
Низкая индуктивность
Длительный срок хранения
неполяризованный
Фазовый сдвиг
Коррекция коэффициента мощности
АЦП
Разъединители
Серебряная слюда
Малая емкость
Высокая стабильность
Высокое напряжение
неполяризованный
Радиочастотные цепи
Осцилляторы
Размер конденсатора
Конденсаторы для поверхностного монтажа предлагают недорогие конденсаторы с большим отношением емкости к занимаемой площади и минимальным эффектом паразитной индуктивности, что идеально подходит для проектирования высокочастотных или высокоскоростных цепей. Однако, когда речь идет о надежности в суровых условиях, лучше всего подходят сквозные конденсаторы. Поскольку они впаяны глубоко в слои платы, механическое соединение прочнее, чем у SMD-аналогов.
Существует четыре широко используемых сквозных конденсатора:
Пленочные конденсаторы
Керамический конденсатор
Алюминиевый электролитический конденсатор
Алюминиево-полимерный конденсатор
Среди всех четырех пленочный конденсатор имеет наибольшую площадь основания (2,5 см в длину), а керамический конденсатор — наименьшую (<5 мм в длину). Электролитический конденсатор уже и длиннее, а полимерный короче и толще.
Электролитические конденсаторы со сквозным отверстием широко используются в аэрокосмической и военной технике. Они также лучше всего подходят для прототипирования и тестирования.
При выборе подходящего конденсатора вам также может понадобиться искать его посадочные места на печатной плате, схематические символы, проверенные модели САПР и многое другое. В связи с этим Ultra Librarian предлагает комплексную поисковую систему электроники, позволяющую получить все необходимые технические данные в одном месте, включая список доступных поставщиков.
Работа с Ultra Librarian настроит вашу команду на успех, обеспечивая оптимизированное и безошибочное проектирование, производство и поиск поставщиков. Зарегистрируйтесь сегодня бесплатно .
Разряд конденсатора
Емкость конденсатора измеряется в фарадах и представляет собой количество энергии, которое он может хранить. Конденсаторы используются в качестве важных компонентов электрических цепей во многих современных устройствах, включая кардиостимуляторы, мобильные телефоны и компьютеры.
Конденсаторы обычно используются для хранения электрической энергии и высвобождения ее при необходимости. Обычно они используются в сочетании с другими компонентами схемы для создания фильтра, который пропускает одни электрические импульсы и блокирует другие.
Как разряжается конденсатор?
Конденсаторы имеют две проводящие пластины, разделенные изоляционным материалом. Когда конденсатор заряжается, следующие два этапа выполняются в том порядке, в котором они перечислены:
Рисунок 1. Заряженный конденсатор. Источник: Огулкан Тезкан, StudySmarter.
Когда конденсатор разряжается, избыток электронов на отрицательно заряженной пластине начинает течь к положительно заряженной пластине, в результате чего конденсатор создает поток электронов в цепи и некоторое время действует как источник напряжения. Этот поток электронов прекращается, когда разность потенциалов между пластинами становится равной нулю, что означает, что обе пластины в этой точке нейтральны, а заряд, удерживаемый конденсатором, возвращается в цепь.
Как ведет себя разряд конденсатора в цепях переменного и постоянного тока?
Поведение конденсатора при разрядке зависит от того, находится ли он в цепи переменного или постоянного тока.
Поведение конденсатора при разрядке в цепях постоянного тока
В цепях постоянного тока конденсатор заряжается и разряжается только один раз. Чтобы лучше понять концепцию, взгляните на схему ниже.
Рис. 2. Простая схема конденсатора. Источник: Oğulcan Tezcan, StudySmarter.
Рис. 3. Простая схема конденсатора. Источник: Огулкан Тезкан, StudySmarter.
Сразу после перевода переключателя в положение 3 начинается поток электронов из конденсатора. Так как это происходит в направлении, противоположном потоку электронов, который происходил при зарядке конденсатора, индикатор амперметра на короткое время поворачивается в противоположном направлении, прежде чем вернуться к нулю. Этот поток нагрузки заканчивается, когда заряд двух пластин конденсатора становится одинаковым, что указывает на то, что конденсатор разряжен.
Поскольку конденсатор в схеме на рис. 2 закорочен, период времени, в течение которого присутствует поток электронов, очень короткий. Чтобы увеличить этот период времени и использовать конденсатор в качестве источника в течение более длительного времени, к цепи необходимо подключить резисторы, поскольку они сопротивляются протеканию тока.
Рис. 4. Изменение напряжения конденсатора при разрядке. Источник: Огулкан Тезкан, StudySmarter.
На приведенном выше рисунке Vc — значение напряжения конденсатора, V — значение напряжения конденсатора, когда он полностью заряжен, а t — время.
Как видите, в цепях постоянного тока мы говорим о временном состоянии, когда конденсатор разряжается и уровень напряжения падает до нуля. Когда конденсатор полностью разряжен, мы говорим об устойчивом состоянии. В этом основное отличие поведения конденсаторов в цепях постоянного и переменного тока.
Рис. 5. Изменение тока конденсатора при разряде. Источник: Огулкан Тезкан, StudySmarter.
На этом рисунке Ic — ток, протекающий через конденсатор, -V/R — значение тока, протекающего через полностью заряженный конденсатор, t — время.
Вы можете видеть, что значение тока начинает достигать нуля с отрицательного значения. Это связано с тем, что поток электронов движется в направлении, противоположном направлению, которое было во время зарядки конденсатора. Направление тока, конечно, тоже разное.
После разрядки конденсатора, если мы не переместим переключатель в положение 1, заряд конденсатора и ток, проходящий через цепь, останутся равными нулю.
Поведение конденсатора при разрядке в цепях переменного тока
В то время как конденсатор в цепи постоянного тока разряжается только один раз, в цепи переменного тока он постоянно заряжается и разряжается. Протекание тока также отличается от цепи постоянного тока, где он течет в одном направлении, пока конденсатор не разрядится, а затем остановится. В цепи переменного тока, напротив, ток течет в обоих направлениях непрерывно.
Рис. 6. В цепях переменного тока ток и напряжение конденсатора имеют разность фаз 90 градусов. Источник: Мануэль Р. Камачо, StudySmarter.
На этом рисунке V(t) — напряжение, зависящее от времени, i(t) — ток, зависящий от времени, Vm — пиковое значение напряжения конденсатора, Im — пиковое значение переменного тока, через конденсатор, а θ — разность фаз между напряжением и током конденсатора.
Чтобы лучше понять концепцию, мы рассмотрим ее в разных частях периода. Обычно есть четыре части, где конденсатор ведет себя по-разному: 0-π/2, π/2-π, π-3π/2 и 3π/2-2π. Допустим, фазовый угол равен а. В периоды π/2
Период π/2

Рис. 7. Разряд конденсатора в цепях переменного тока (диаграмма 1). Источник: Огулкан Тезкан, StudySmarter.
На этом рисунке Vt — источник переменного напряжения, который зависит от времени, а Vmax ⋅ sin(wt) — функция, определяющая его синусоидальное поведение.
Поскольку напряжение конденсатора достигает своего пика в точке a=3π/2, нагрузка также будет максимальной. И поскольку конденсатор полностью заряжен, в этот момент через него не будет протекать ток. В результате текущее значение i = 0,
Рис. 8. Разряд конденсатора в цепях переменного тока (схема 2). Источник: Огулкан Тезкан, StudySmarter.
Обратите внимание, как теперь заряжена нижняя пластина конденсатора. Это связано с тем, что в период π
Напряжение источника уменьшается после a=3π/2, что означает, что напряжение на конденсаторе также упадет, и конденсатор начнет разряжаться. По мере приближения к точке 2π скорость изменения напряжения (dV/dt) и тока увеличиваются.
Значение тока максимально в точке 2π, а значение напряжения источника переменного тока равно нулю. Нагрузка на конденсатор (q) в этот момент также равна 0, так как он разряжен.
Если базовая схема, подобная той, которую мы только что изучили, не включает резистор, невозможно рассчитать время, необходимое для разрядки конденсатора. Однако рассчитывать его не нужно, так как конденсатор очень быстро разряжается. Итак, чтобы рассчитать время, необходимое для разрядки конденсатора, нам понадобится RC-цепь. Рассмотрим пример ниже.
В схеме ниже конденсатор полностью заряжен напряжением 10 вольт. Если мы замкнем ключ в момент времени t = 0, сколько времени потребуется, чтобы конденсатор полностью разрядился?
Рис. 9. Простая RC-цепочка. Источник: Огулкан Тезкан, StudySmarter.
Время разряда конденсатора равно 5T, где T – постоянная времени, которая может быть рассчитана как:
Вводя известные значения, получаем: И, как уже было сказано, время разряда равно 5T. Это дает нам:
Разрядка конденсатора — основные выводы
Существует разница в том, как конденсаторы работают в цепях постоянного и переменного тока, поскольку уровни напряжения постоянны при постоянном токе и постоянно изменяются при переменном токе. Разрядка конденсатора происходит, когда электрическое поле источника, окружающего конденсатор, исчезает. , вызывая начало потока электронов от проводящих пластин к цепи. Время, необходимое для разрядки конденсатора, составляет 5T, где T — постоянная времени. В цепи необходим резистор, чтобы рассчитать время, необходимое для разрядки конденсатора, так как он будет разряжаться очень быстро, когда в цепи нет сопротивления. В цепях постоянного тока есть два состояния, когда конденсатор разряжается. Первое — это временное состояние, когда конденсатор разряжается. Второй – установившееся состояние, когда конденсатор полностью разряжен.

Разрядка конденсатора
Сколько времени требуется конденсатору для разрядки?
Время, необходимое для разрядки конденсатора, равно 5T, где T — постоянная времени.
Что вызывает разряд конденсатора?
Когда конденсатор полностью заряжен и электрическое поле от источника, окружающего конденсатор, падает до нуля, это вызывает поток электронов от проводящих пластин конденсатора в цепь, что затем вызывает разрядку конденсатора.
Что такое разряд конденсатора?
Разряд конденсатора — это ситуация, когда электрическое поле от источника напряжения вокруг конденсатора падает до нуля, что приводит к потоку электронов, в результате чего разность потенциалов между двумя проводящими пластинами достигает нуля.

Конденсатор временного потока: Ученые создали реальный конденсатор потока из фильма “Назад в будущее”

Ученые создали конденсатор потока. Но для путешествий во времени его использовать не получится

Временное охлаждение решает проблемы с конденсацией в установке вакуумной перегонки

SONDEX SC85 Конденсатор пластинчатый для обработки больших потоков пара

ТЕПЛООБМЕННИКИ

НАСОСЫ

ПРЕСНАЯ ВОДА

Какие бывают конденсаторы,как рассчитать конденсатор

Как обнаружить гармонические токи и где ими управлять?

На распределительных фидерах системы энергоснабжения

В оборудовании конечного пользователя

Способ фракционной дистилляции жидких смесей и фракционный дистиллятор жидкостей

Конденсаторы – SparkFun Learn

Введение

Описано в этом учебном пособии

Рекомендуемая литература

Обозначения и единицы измерения

Обозначения цепей

Единицы измерения емкости

Теория конденсаторов

Как изготавливается конденсатор

Как работает конденсатор

Зарядка и разрядка

Расчет заряда, напряжения и тока

Вычисление тока

Типы конденсаторов

Керамические конденсаторы

Алюминий и тантал Электролитические

Суперконденсаторы

Другие

Конденсаторы, соединенные последовательно/параллельно

Параллельные конденсаторы

Конденсаторы в серии

Примеры применения

Развязывающие (шунтирующие) конденсаторы

Фильтрация источника питания

Хранение и подача энергии

Фильтрация сигналов

Снижение номинального напряжения

Покупка конденсаторов

Наши рекомендации:

Комплект конденсаторов SparkFun

Конденсатор керамический 0,1 мкФ

Суперконденсатор – 10F/2.

Встраиваемая электроника для начинающих — комплект блока питания

Хотите узнать больше об основных темах?

Ресурсы и дальнейшие действия

Обращение к слону в цепи — наконец, уменьшенная альтернатива конденсаторам

Что такое конденсатор и как он работает?

Обзор

Что такое конденсатор?

Конструкция конденсатора

Как работает конденсатор

Диэлектрик конденсатора Принцип работы

Применение конденсаторов

Развязывающие (шунтирующие) конденсаторы

Преобразователь переменного тока в постоянный

Фильтрация сигналов

Конденсаторы для хранения энергии

Физика – Конденсаторы – Университет Бирмингема

Сколько мы можем взимать?

Как проверить поведение конденсатора?

Как найти постоянную времени?

Что означают ваши измерения?

Следующие шаги

Факторы, влияющие на выбор правильного конденсатора для вашей конструкции

Диэлектрическая проницаемость

Температура

Эффективное последовательное сопротивление

Резонанс

Коэффициент рассеяния

Смещение постоянного тока

Допуск

Поляризация

Размер конденсатора

Разряд конденсатора

Как разряжается конденсатор?

Поведение конденсатора при разрядке в цепях постоянного тока

Разрядка конденсатора — основные выводы

Разрядка конденсатора