انواع المكثفات الكهربائية واستخدامها

ما هو المكثف؟

في أبسط أشكاله ، يتكون المكثف من لوحين أو دروع معدنيين متوازيين ، لهما نفس السطح ومواجهة بعضهما البعض ، مفصولة بصفيحة غير موصلة أو عازلة للكهرباء. من خلال توصيل أحد الألواح بمولد ، يتم شحنه ويؤدي إلى شحنة إشارة معاكسة على اللوحة الأخرى. من جانبه ، وجود إحدى الصفائح سالبة الشحنة (Q-) والأخرى موجبة (Q +) ، تكون شحنتهما متساوية والشحنة الصافية للنظام تساوي 0 ، ومع ذلك ، يُقال إن المكثف مشحون بشحنة Q .

أنواع المكثفات

نظرًا لاستخداماتها المتعددة وتنوع خصائصها الكهربائية والفيزيائية والاقتصادية ، يوجد حاليًا عدد كبير من أنواع المكثفات. توجد مكثفات مصنوعة من ألواح من مواد مختلفة ، بأشكال مختلفة ومجموعة واسعة من المواد العازلة.

1- مكثف كهربائي

يستخدم هذا المكثف إلكتروليتًا يعمل بمثابة المحرك الأول أو القطب السالب (القطب السالب) ، والذي ، عند تلقي جهد كافٍ ، يودع طبقة عازلة على الأنود (أي الخزان أو المحرك الثاني). يستخدم عادة كمذبذب ، كمولد تردد أو لتعديل الإشارة في إمدادات الطاقة.

تطلق المكثفات الإلكتروليتية كميات كبيرة من الطاقة في وقت قصير ، وهذا هو سبب استخدامها كمكثف بدء للمحركات الكهربائية التي تتطلب طاقة ابتدائية كبيرة. على الرغم من أن سعته يمكن أن تكون عالية جدًا ، إلا أن المكثف الإلكتروليتي لا يعمل بشكل جيد مع التيار المتردد ، لأن الاستقطاب العكسي ينتج دائرة قصر بين الإلكتروليت والخزان ، وبالتالي تزداد درجة الحرارة إلى درجة يمكن أن تنفجر.هناك عدة أنواع من المكثفات الإلكتروليتية حسب مكوناتها (الإلكتروليتات والحديد الثاني) ومن بينها الألومنيوم والتنتالوم:

• مكثف ألومنيوم: مكثف يكون فيه المحلول الكهربائي عبارة عن محلول من حمض البوريك وخزانه مصنوع من الألومنيوم.
• مكثف  التنتالوم: إنه يستخدم التنتالوم باعتباره الأنود ولديه قدرة أفضل لكل حجم من مكثف الألمنيوم بالتحليل الكهربائي ، لأن استخدام هذه المادة الكيميائية يجعل الطبقة العازلة رقيقة جدًا.

2- مكثف بوليستر

تتمتع هذه المكثفات بقدرة عالية وسريعة جدًا في الاستجابة. كعنصر عازل للكهرباء لديهم صفائح رقيقة من البوليستر ويستخدمون الألومنيوم لتشكيل دروعهم. استخداماته الأكثر شيوعًا هي في تطبيقات الاتصال وفصل التيار المباشر ، لتصفية الإشارات وأنظمة الصوت ذات التفاوت المنخفض. لها مزايا مقارنة بالمكثفات الورقية من حيث قدرتها على تقليل الحجم ، فضلاً عن الكفاءة العالية وانخفاض فقدان الطاقة.

3- مكثف السيراميك

يستخدمون أنواعًا مختلفة من السيراميك كعنصر عازل ويمكن أن تتكون من لوح عازل كهربائي واحد أو صفائح مكدسة. اعتمادًا على خصائصهم ، يمكنهم العمل على ترددات مختلفة ، بما في ذلك الموجات الدقيقة. بفضل الخصائص المحددة للسيراميك ، فإن الخسائر قليلة جدًا.

4- المكثفات الفائقة

إذا كنت تبحث عن مكثف لتخزين الطاقة ، فلا مزيد من البحث ، فالجواب هو المكثف الفائق. تم تصميم هذه المكثفات لتكون عالية جدًا في نطاق فاراد.لديها سعة عالية جداً، لكنها تتحمل 2.5 فولت فقط.يمكنهم تخزين الكثير من الشحنات ، لكن لا يمكنهم العمل مع الفولتية العالية.  يتم وضع المكثفات الفائقة بشكل عام في سلسلة من أجل تحقيق جهد أقصى أعلى (مع تقليل سعة السعة الخاصة بهم).

يتمثل التطبيق الرئيسي للمكثفات الفائقة في تخزين الطاقة وإطلاقها ، مثل البطاريات التي تعد أكبر منافسة لها. في حين أن المكثفات الفائقة لا يمكنها تخزين نفس كمية الطاقة مثل بطارية من نفس الحجم ، فإنها يمكن أن تطلقها بشكل أسرع ، وتميل إلى أن يكون لها عمر أطول.

5- مكثفات متسلسلة / متوازية

مثل المقاومات ، يمكن دمج المكثفات المتعددة في سلسلة أو متوازية لإنشاء سعة مجمعة مكافئة. ومع ذلك ، فإن المكثفات تضيف بطريقة معاكسة للمقاومات.

المكثفات بالتوازي:

عندما تكون المكثفات على التوازي ، فإن السعة الكلية هي ببساطة مجموع كل السعات. هذا مشابه للطريقة التي تضيف بها المقاومة في السلسلة.

المكثفات المتسلسلة:

على غرار المقاومات ، والتي من الصعب إضافتها بالتوازي ، تتصرف المكثفات بشكل غريب عند وضعها في سلسلة . السعة الكلية N التوالي هي المجموع العكسي لمجموع كل السعات العكسية.إذا كان لديك مكثفان فقط على التوالي ، فيمكنك استخدام طريقة “حاصل الضرب على المجموع” لحساب السعة الكلية.

6- انواع اخرى من المكثفات

تغطي المكثفات الخزفية والإلكتروليتية حوالي 80٪ من أنواع المكثفات الموجودة (والمكثفات الفائقة 2٪ فقط). مكثف شائع آخر هو مكثف الفيلم ، الذي له خسائر طفيلية منخفضة جدًا (خسائر بسبب المقاومة المكافئة في السلسلة) ، مما يجعلها جيدة عند التعامل مع التيارات العالية جدًا.هناك الكثير من المكثفات النادرة. المتغيرة المكثفات مجموعة من السعات ، والتي يمكن أن تكون بديلاً جيدًا للمقاومات المتغيرة في الدوائر الدقيقة.

كيف تعمل المكثفات

المكثف هو جهاز لتخزين شحنة كهربائية صغيرة. عندما يتم فصل لوحين موصلين بواسطة عازل صغير يسمى عازل ، فإنهما ينتجان مجالًا كهربائيًا. تسمى قوة هذا المجال سعة المكثف. كلما كان العازل أرق واتسع نطاق الموصلات وأكثر انبساطًا ، زادت السعة.

التيار الكهربائي هو تدفق الشحنة الكهربائية ، وهذا ما تستخدمه المكونات للإضاءة ، أو الدوران ، أو القيام بأي عمل آخر. عندما يتدفق التيار عبر مكثف ، فإن الشحنات “تلتصق” باللوحات لأنها لا تستطيع المرور عبر المادة العازلة للكهرباء. عندما تلتقي الشحنات الموجبة والسالبة على ألواح المكثف ، يصبح المكثف مشحونًا.إذا تم إنشاء مسار في الدائرة يسمح للشحنات بالعثور على طريقة أخرى للالتقاء ، فإنها ستترك المكثف وسيتم تفريغ المكثف.

انواع المكثفات التجارية

اعتمادًا على المادة العازلة المستخدمة ، يمكن التمييز بين هذه الأنواع التجارية:

• KS: الستايروفليكس ، المكون من صفائح معدنية والبوليسترين كعزل كهربائي.
• KP: تتكون من صفائح من المعدن والبولي بروبيلين العازل.
• MKP: درع عازل من مادة البولي بروبيلين ومعدن مبخر.
• MKY: صفائح عازلة للكهرباء وبخار عالية الجودة من مادة البولي بروبيلين.
• MKT: صفائح معدنية مبخرة وعزل كهربائي من البولي إيثيلين تيريفثالات (بوليستر).
• MKC: ماكروفول ، معدن مبخر للدروع وبولي كربونات للعزل الكهربائي. عند مستوى إرشادي ، قد تكون هذه الخصائص النموذجية للمكثفات البلاستيكية

الخلاصة:

يتم استخدام المكثفات مع الملفات ، وتشكيل دوائر الرنين ، في أجهزة الراديو وغيرها من المعدات الإلكترونية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام المكثفات الكبيرة في خطوط الطاقة لإنتاج صدى كهربائي في الكابل والسماح بنقل المزيد من الطاقة. يتم تصنيع المكثفات في مجموعة متنوعة من الأشكال ويمكن طلبها وفقًا لاحتياجات كل منها. يتم استخدام الهواء والميكا والسيراميك والورق والزيت والفراغ كعوازل كهربائية ، اعتمادًا على الغرض من استخدام الجهاز. يوجد مكثفات مختلفة: مكثفات ثابتة مكثفات خزفية مكثفات بلاستيكية مكثفات ميكا مكثفات كهربائية مزدوجة الطبقة مكثفات متغيرة.