Конденсаторы для силовой электроники

Конденсаторы для силовой электроники нашли широкое применение как при напряжениях, по форме значительно отклоняющихся от синусоидального, так и при импульсных токах большой амплитуды. Они включают в себя широкий спектр конденсаторов переменного АС и постоянного DC напряжения.

Конденсаторы это пассивные электронные компоненты которые можно найти в каждом электрическом и электронном приборе - от автомобильной и промышленной электроники до информационных систем и бытовой техники.

В основу классификации конденсаторов положено деле­ние их на группы по виду применяемого диэлектрика и по конструктивным особенностям, определяющим использование их в конкретных цепях аппаратуры. Классификация конден­саторов приведена в [12].

Вид диэлектрика определяет основные электрические пара­метры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность емкости, величину потерь и др. Конструктивные особенности определяют характерные области применения: помехоподавляющие, подстроечные, силовые, импульсные и др.

Дальнейшее деление групп конденсаторов по виду диэлект­рика связано с использованием их в конкретных цепях аппаратуры, назначением и выполняемой функцией, например, низковольтные и высоковольтные, низкочастотные и высокочастотные, импульсные и др.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального на­значения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Все остальные конденсаторы являются спе­циальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, силовые, пусковые и др.

Электротехнический конденсатор выполняется из токопроводящих элементов, например металлических пластин, разделенных диэлектриком. При воздействии электрического поля на диэлектрик в нем происходит смещение связанных элек­трических зарядов (электронов, ионов и более крупных заряженных частиц) в соответствии с направлением потока вектора напряженности электрического поля. В результате возникает индуцированная поляризация диэлектрика, при кото­рой центры масс положительных и отрицательных зарядов смещаются в противо­положных направлениях.

На рис. 3.8 приведена упрощенная структура рас­пределения зарядов в плоском конденсаторе. При отсутствии диэлектрика между обкладками конденса­тора, т.е. в вакууме, при допущении однородности электрического поля в конденсаторе заряд на пластине можно выразить соотношением

q _о = U , (3.7)

где U — напряжение внешнего источника; S — площадь поверхности пластины; ε ₀ — электрическая постоянная, характеризующая электрические свойства ваку­ума; d — расстояние между пластинами.

Рис. 3.8. Упрощенная структура распределения зарядов в конденсаторе

При отсутствии диэлектрика емкость конденсатора С ₀ = q ₀/ U. При введении между пластинами диэлектрика в результате поляризации на его поверхности воз­никает электрический заряд, зависящий от типа диэлектрика. Этот заряд создает поле, электрическая напряженность которого Е _δ направлена встречно электриче­ской напряженности внешнего поля Е ₀, что приводит к уменьшению электриче­ской напряженности в диэлектрике:

Е = Е ₀- Е _δ,

где Е ₀= U/d — напряженность поля в вакууме.

Вследствие изменения напряженности поля заряд на обкладках конденсатора увеличивается:

q = ε_r q ₀,

где ε_r— относительная электрическая проницаемость, учитывающая наличие диэлек­трика (для диэлектрика ε_r> 1).

Из (3.13) следует, что емкость конденсатора:

С = ε_r С ₀ = . (3.8)

.