電気回路のコンデンサ。コンデンサは実際には何のためにあるのですか？

カーオーディオにコンデンサが必要かどうかについての議論は収まらず、おそらく収まることはありません。 12年前、私がカーオーディオの仕事を始めたばかりの頃、これはオーディオシステムの実質的に最も必要な部分であり、「ドライブ」がなければバッテリーが非常に早く消耗し、それで聞くことができると信じられていました.少なくとも 2 時間、またはそれ以上、自然の中で音楽を聴くと、問題なく車が始動し、出発できます。

つまり、コンデンサは追加のバッテリーのようなものであると考えられていました。もちろん、これは神話であり、コンデンサの容量はバッテリーの容量よりも数桁小さいことは誰もが知っています。現時点では、コンデンサは一般的に不要であり、役に立たず、人口から合法的にお金を受け取るだけであると考えられています.YouTubeでの有名なビデオレビューのおかげで、これは最も一般的な見方です. 一方、強力なオーディオシステムの電源回路に含まれるコンデンサは、単純な平凡な平滑化フィルターであったため、そのままです。負荷と並列に接続された静電容量は、原則として、それ以外のものにはなりません。
システムにコンデンサが必要かどうかにかかわらず、誰もが自分で決めます。ただし、これを行うには、システムで実行する機能と、その容量を選択する基準を理解する必要があります。

コンデンサの機能

ということで、まずは機能について。前述のように、コンデンサはアンプの電源回路で平滑化フィルターとして機能し、他の電源フィルターと同様に、システムのサウンドを改善するという1つのタスクがあります。電源に干渉があると、それがどんなに素晴らしいものであっても、アンプの出力に確実に現れます。効果的な方法彼の計画では干渉防止は適用されませんでした。欲しい良い音-きれいな食べ物、それは公理です。容量性フィルターの使用は、干渉との戦いにおいて最も単純ですが最も効果的なソリューションです。平滑化フィルタの効率は、コンデンサの静電容量と負荷の電力の両方に大きく依存します。システムの電力が大きいほど、供給電圧のリップルを許容レベルまで下げるために必要な静電容量が大きくなります。
この時点で、通常、どのような脈動なのかという疑問が生じます。車内の電圧は一定です。これは完全に真実ではありません。発電機の運転中は、いずれの場合も脈動が発生します。これは、発電機内の整流器の動作原理によるものです。平滑化フィルターは、コンデンサーの形で発電機に取り付けられています。大容量、高周波リップルと小さな負荷でのみ効果的に対処します。重い負荷がかかると、その作業効率が大幅に低下し、発電機からの干渉が電源を通過して音を大きく損なう可能性があります。発電機が機能しない場合（エンジンがオフになっている場合）、高周波リップルはありませんが、システムには「お気に入りの」電圧降下である「ドローダウン」があります。バスアタックの瞬間に現れます。車にどのようなバッテリーが搭載されていても、アンプがどのケーブルに接続されていても、電圧計がキャッチする時間がない大小のドローダウンがまだありますが、実際にはそうです。リズミカルな音楽、たとえば 4/4 リズム - 4 クォーター (1 秒あたり 4 ビート) で聴く場合、ドローダウンも 1/4 秒間隔で表示されます。つまり、システム電源に周波数 4 のリップルが表示されます。 Hz とどこか 0.5 - 1.5 V の振幅。つまり、大音量やリズミカルな音楽では、システム自体が干渉源になります。これらのかなり強くて低周波のリップルを消すために、大きなコンデンサが使用されます - 「アキュムレータ」、「バッファ容量」など、非常に多くの名前があります。最も低くて恐ろしい黒人を聴くと、低音が変化せずに数秒間鳴ることができる場合、これらの人々はほとんど静止した信号を非常に頻繁に使用するため、電力のリップルはあまり発生しないか、まったく発生しません。

コンデンサの選択

次に、容量の選択についてです。平滑コンデンサを選択する方法は、このリンクをクリックして詳細に調べることができます - http://www.meanders.ru/sglazg_filters.shtml.
コンデンサの容量を選択するときは、消費電力 1 kW あたり 1F という経験則を使用するのが通例です。から
前に説明した手法を使用すると、次の不等式が成り立つ場合に平滑化フィルターが効果的に機能することがわかります: 1/(2pi*F*C)"R ここで
R はフィルターの負荷抵抗です。この場合、サウンドシステム全体の一般化された入力インピーダンスです。
F - 対処しなければならない脈動の周波数は、音楽信号の性質によって異なります
C は平滑コンデンサの容量です。記号「」は「大幅に少ない」を意味します。概念はあまり具体的ではありません。私が間違っていなければ、ある値が他の値よりも約 1 桁小さくなければならないことを意味します。
もちろん、一般化された抵抗 R を測定することはできませんが、推定することはできます。システムが 1 kW を消費する場合、ソースはそれを 0.15 オームの負荷として「認識」します。流れる電流がわかれば、抵抗を見積もることができます。
抵抗の推定について心配する必要がなく、システムの電力がわかっている場合は、式を C»P / (2pi*F*U 2) の形式に変換できます。

U - 電圧オンボードネットワーク
P はシステムのパワーです。最後の式に従って、コンデンサの静電容量を選択できます。これにより、強力なシステムでは、音質に対する「ドローダウン」の悪影響が中和されます。
たとえば、電力が 1 kW (P = 1000 W) で、オンボードネットワークの電圧が 12 V (U = 12 V) のシステムの場合、4 分の 1 リズム (4 ビート) で音楽を聴くと、毎秒、F = 4Hz)、その後、出現するドローダウンの音への悪影響を排除するために、C "0.27F. キャパシティは1Fで十分と思われますが、個人的には2.5～3Fが条件を満たしていると思います。

結論

これらすべてから、いくつかのハイライトがあります。
1. コンデンサは、供給電圧の「ドローダウン」から生じる干渉に対処するために必要です。
動作中にシステム自体によって生成されます。コンデンサは決して「ドローダウン」を排除せず、電圧を安定させず、バッテリーの容量を増加させません。
2.システムが圧力測定中に正弦波などの定常信号を再現する場合、電源電圧リップルがないため、そのようなモードではコンデンサは役に立ちません。
3. サウンドシステムが、非常に強力な発電機と並列に接続された複数の AGM バッテリーで構成されるソースによって電力供給されている場合、そのようなソースの出力インピーダンスは非常に低く、その結果、システムの「ドローダウン」が発生する可能性があります。無視できる。これらの場合、コンデンサを使用しても目立った結果は得られません。

2014 年 31 月 31 日

なぜコンデンサが必要なのですか？

カーオーディオシステムでコンデンサを使用する唯一の目的は、電圧降下に対抗することです。電圧安定化。

電圧降下が音を殺しましたか？コンデンサを充電してください！

米。 1.コンデンサー - 電気を備えた発射体。

電圧降下の何が問題になっていますか？

サウンドアンプは、13.5 ～ 14 V の安定した電圧で最高の音質と最大出力を発揮します。ほぼ音楽のビートに合わせてたるみます。同時に、サウンドアンプは効率、音質、およびパワーを大幅に低下させます。

作業効率、すなわちサウンドアンプの出力レベルと音の歪みは、電源端子の電圧に直接依存します。

電圧降下はなぜ起こるのですか？

まずは定期車の電池与えることができない大電流内部抵抗が大きいため（30mΩ以上）十分に高速です。その結果、13.5 - 14 V ではなく、エンジンが作動していても、特にドラミングやその他の低音インパルスなどのピーク電力の瞬間に、電圧が数ボルト低下する可能性があります。このような電圧降下は、電力の大幅な低下と、経験の浅いリスナーでも耳で知覚できる音の歪みの出現に明確につながります。

第二に、バッテリーがアンプからかなり離れているため、かなり長い時間を使用する必要があります。電源ケーブル. どのケーブルも、たとえそれが銅製で最適なセクションであっても、小さいながらも独自の抵抗を持っています。ケーブルが長くなればなるほど、抵抗が大きくなり、大電流を瞬時に伝送できなくなります。

第三に、電子回路ヒューズホルダー、パワースプリッター、端子など、多くの接続要素があります。これらの要素のそれぞれが異なる金属を接続し、いわゆる接触抵抗を生み出します。もちろん、高品質の真鍮コネクタは、全体的な電圧降下にはほとんど影響しません。ただし、原則として、価格を追求するために、多くは低品質の亜鉛ベースの合金で作られた接続要素を使用しています。これにより、回路のこれらのセクションでエネルギー損失が発生します。

コンデンサはこの問題をどのように解決しますか?

コンデンサまたはストレージは、瞬時に電気を返す電源です。通常のバッテリーとケーブルではエネルギーの次の部分を「提供する時間がない」場合、アンプはコンデンサから即座にエネルギーを受け取ります。部分的または完全に充電を放棄すると、コンデンサも瞬時に充電されます。したがって、コンデンサは電力システムの電圧を安定させます。

アナロジーを描きましょう。想像してみましょう電気- これは水です。サウンドアンプは、可能な限り効率的に動作するために多くのエネルギーを必要とします。水。それから、通常のバッテリーは、首の狭い大きなボトルです。オーディオアンプが強力な広帯域信号または低音インパルスを処理するために必要な、大量の水が一度にネックを流れることはできません。この場合、コンデンサはバケツです。バケツは素早くすくって注ぐことができますたくさんの水。したがって、コンデンサは即座にあきらめて再び電荷を受け取り、アンプの電源ケーブルの電圧を安定させます。

米。 2. バケツやボトルのようなコンデンサーと通常のバッテリー。

コンデンサからコンデンサ - 不和！

カーオーディオシステムの大部分は、電源システムにコンデンサがないため、本来の能力を発揮できません。しかし、なぜそれらの使用の必要性について多くの論争や神話があるのでしょうか? 残念ながら、かなりの数の企業が、宣言された静電容量を持たず、抵抗がさらに低い低品質のコンデンサを製造しています。このようなコンデンサは電圧降下を低減しませんが、美しいパッケージと低価格を備えています。手頃な商品は常に大量になります。したがって、コンデンサは役に立たないと信じている不満の軍隊。この記事で、カオーディオ市場を凌駕した「ダミー」について詳しく読んでください。

多くの所有者は、三相などのデバイスを接続する必要がある状況に陥ることがよくあります。非同期モーターエメリーやボール盤など、さまざまな機器に。ソースは単相電圧用に設計されているため、これは問題を引き起こします。ここで何をしますか？実際、この問題は、コンデンサに使用される方式に従ってユニットを接続することで非常に簡単に解決できます。この計画を実現するには、フェーズシフターと呼ばれることが多い、動作する開始デバイスが必要です。

電気モーターを正しく動作させるには、特定のパラメーターを計算する必要があります。

ランコンデンサ用

デバイスの実効容量を選択するには、次の式を使用して計算を実行する必要があります。

I1 は公称固定子電流で、特別なクランプが使用されます。
Unetwork - 単相の主電源電圧 (V)。

計算を実行した後、作業コンデンサの静電容量がマイクロファラッドで取得されます。

上記の式を使用してこのパラメータを計算するのは難しい場合があります。ただし、この場合、静電容量を計算するために別のスキームを使用できます。そのような計算を実行する必要はありません。複雑な操作. この方法では、非同期モーターの電力のみに基づいて、必要なパラメーターを非常に簡単に決定できます。

ここで、三相ユニットの 100 ワットの電力は、動作コンデンサの静電容量の約 7 マイクロファラッドに対応する必要があることを覚えておくだけで十分です。

計算するときは、選択したモードで固定子の相巻線に流れる電流を監視する必要があります。電流がより大きな価値公称値より。

始動コンデンサ用

シャフトに大きな負荷がかかる状況下で、電気モーターをオンにする必要がある場合があります。その場合、1 つの動作コンデンサでは不十分なので、開始コンデンサを追加する必要があります。その動作の特徴は、SA キーを使用するデバイスの起動期間中にのみ 3 秒以内に動作することです。ローターが定格速度のレベルに達すると、デバイスはオフになります。

見落としにより、所有者が始動装置をオンのままにした場合、これはフェーズ内の電流に重大な不均衡が形成されることにつながります。このような状況では、エンジンが過熱する可能性が高くなります。静電容量を決定するときは、このパラメータの値が次のようになるという事実から進める必要があります 2.5～3回動作コンデンサの容量を超えています。このように動作することにより、エンジンの始動トルクが公称値に到達することを保証することができ、その結果、始動中に合併症が発生しません。

必要な静電容量を作成するために、コンデンサを並列および直列に接続できます。に接続されている場合、1 kW以下の電力の三相ユニットの動作が許可されることに注意してください。単相ネットワーク適切なデバイスで。そして、ここではなしで行うことができます始動コンデンサ.

の種類

計算後、選択した回路に使用できるコンデンサのタイプを決定する必要があります。

最良のオプションは、両方のコンデンサに同じタイプを使用する場合です。普段は仕事三相モーター MPGO、MBGP、KBP、または MBGO などのスチール製の密閉ケースに入った紙製の始動コンデンサを提供します。

これらのデバイスのほとんどは、長方形の形で作られています。ケースを見ると、その特徴があります。

静電容量 (uF);
動作電圧 (V)。

電解装置の応用

紙の始動コンデンサを使用するときは、次のマイナス点を覚えておく必要があります。大きなサイズ小さな容量を提供しながら。このため、小電力の三相モータを効率よく動作させるには、十分な数のコンデンサを使用する必要があります。必要に応じて、紙を電解紙に置き換えることができます。この場合、それらはわずかに異なる方法で接続する必要があり、ダイオードと抵抗で表される追加の要素が存在する必要があります。

ただし、専門家は電解始動コンデンサの使用を推奨していません。これは、それらに重大な欠点が存在するためであり、次のように現れます。ダイオードがそのタスクに対処できない場合、交流がデバイスに販売され、これはすでにその加熱とその後の爆発に満ちています.

もう 1 つの理由は、今日の市場には改良された金属被覆ポリプロピレンランチャーがあることです。交流電流 SVVタイプ。

ほとんどの場合、それらは 400 ～ 450 V の電圧で動作するように設計されています。

電圧

検討中他の種類単相ネットワークに接続された三相モーターの整流器の始動、次のようなパラメーター動作電圧.

必要な電圧定格を 1 桁超える整流器を使用するのは誤りです。取得コストが高いことに加えて、サイズが大きいため、より多くのスペースを割り当てる必要があります。

同時に、電圧が主電源電圧よりも低いインジケータを持つモデルを考慮すべきではありません。このような特性を持つデバイスは、その機能を効果的に実行できず、すぐに故障します。

動作電圧を選択する際に間違いを犯さないようにするために、次の計算スキームに従う必要があります。最終的なパラメーターは、実際の主電源電圧と 1.15 の係数の積に対応する必要があり、計算値は少なくとも 300 V である必要があります。 .

紙整流器が交流電圧ネットワークで動作するように選択された場合、それらの動作電圧は1.5-2で割る必要があります。したがって、メーカーが180 Vの電圧を示したペーパーコンデンサの動作電圧は、交流ネットワークでの動作条件下では90〜120 Vになります。

三相電気モーターを単相ネットワークに接続するというアイデアが実際にどのように実装されているかを理解するために、400 (W) の電力を持つ AOL 22-4 ユニットを使用して実験を行いましょう。解決すべき主なタスクは、220 V の電圧で単相ネットワークからエンジンを始動することです。

使用するモーターの特徴は次のとおりです。

使用される電気モーターの電力は小さいことに注意してください。それを単相ネットワークに接続する場合、使用できるコンデンサーのみを購入できます。

作業整流器の容量の計算:

上記の式を使用して、動作整流器容量の平均値として 25 uF を取ります。ここでは、わずかに大きい容量の 10 uF を選択しました。そのため、そのような変更がデバイスの起動にどのように影響するかを調べようとします.

次に整流器を購入する必要があります; MBGO タイプのコンデンサは後者として使用されます。さらに、準備された整流器に基づいて、必要な静電容量が組み立てられます。

作業の過程で、そのような各整流器の静電容量は10マイクロファラッドであることを覚えておく必要があります。

2つのコンデンサを取り、それらを互いに接続すると並列回路の場合、総静電容量は 20 uF になります。この場合、動作電圧インジケータは 160V になります。必要なレベルの 320 V を達成するには、これら 2 つの整流器を並列に接続された同じペアのコンデンサに接続する必要がありますが、すでに直列回路を使用しています。その結果、総静電容量は 10 マイクロファラッドになります。作業用コンデンサのバッテリーの準備ができたら、それをエンジンに接続します。その後、単相ネットワークで実行するだけです。

エンジンを単相ネットワークに接続する実験の過程で、作業に必要な時間と労力が少なくなりました。選択された整流器のバッテリーを備えた同様のユニットを使用すると、その有効電力は定格電力の最大70〜80％のレベルになり、ローター速度は公称値に対応することに注意してください。

重要: 使用するモーターが 380/220 V ネットワーク用に設計されている場合、ネットワークに接続するときは「三角」回路を使用してください。

タグの内容に注意してください。電圧が 380 V の星の画像がある場合があります。この場合、次の条件を満たすことで、ネットワーク内のエンジンの正しい動作を保証できます。まず、一般的なスターを「ガット」してから、端子台に 6 つの端を接続する必要があります。エンジンの前部にある共通点を探します。

ビデオ: 単相モーターを単相ネットワークに接続する

始動コンデンサを使用するかどうかは、特定の条件に基づいて決定する必要があります。ほとんどの場合、動作するコンデンサで十分です。ただし、使用中のモーターに負荷がかかる場合は、運転を停止することをお勧めします。この場合、ユニットの効率的な動作を確保するために、デバイスの必要な容量を正しく決定する必要があります。

三相電気モーターを単相ネットワークに接続する最も簡単な方法は、単一の移相コンデンサを使用することです。このようなコンデンサとしては、フィールド (電解) ではなく、無極性コンデンサのみを使用する必要があります。

移相コンデンサ。

三相電気モーターを三相ネットワークに接続する場合、始動は交流によって提供されます磁場. また、モーターが単相ネットワークに接続されている場合、磁場の十分なシフトが作成されないため、移相コンデンサを使用する必要があります。

移相コンデンサの静電容量は、次のように計算する必要があります。

接続用 "三角形": SF=4800 I/U;
接続用 "星":SF=2800 I/U。

これらの種類の接続の詳細をご覧ください。 :

これらの式では、次のとおりです。 Cf は、移相コンデンサの静電容量 (μF) です。私- 定格電流、しかし; U– 主電源電圧、V.

この式には、次のような略語があります。Pは電気モーターの出力で、必ずkWで表されます。 cosph は力率です。 n はエンジン効率です。

力率または電流から電圧への変位、および電気モーターの効率は、パスポートまたはモーターのプレート（ネームプレート）に示されています。これら 2 つの指標の値は同じであることが多く、ほとんどの場合 0.8 ～ 0.9 です。

大まかに、移相コンデンサの静電容量は次のように決定できます。 Cf \u003d 70 P. 100 W ごとに 7 マイクロファラッドのコンデンサ静電容量が必要であることがわかりますが、これは正確ではありません。

最終的に、コンデンサの静電容量を決定することの正確さは、電気モーターの動作を示します。エンジンが始動しない場合は、容量が不足しています。運転中にエンジンが非常に熱くなっている場合は、容量が多いことを意味します。

ワーキングコンデンサ。

提案された式によって求められる位相シフトコンデンサの静電容量は、負荷のない三相電動機を始動するのに十分なだけです。つまり、モーターシャフトに機械的なギアがない場合です。

計算されたコンデンサは、動作速度に達した場合でも電気モーターの動作を保証するため、このようなコンデンサは作業コンデンサとも呼ばれます。

コンデンサを起動します。

無負荷の電気モーター、つまり小さなファン、研削盤は、1つの移相コンデンサーから始動できると言われていました。しかし、ボール盤、丸のこ、ウォーターポンプを起動するには、1つのコンデンサから起動することはできなくなりました。

負荷をかけた電気モーターを始動するには、既存の移相コンデンサーに静電容量を簡単に追加する必要があります。具体的には、接続された動作コンデンサに並列に別の移相コンデンサを接続する必要があります。ただし、2～3 秒の短い時間だけです。電気モーターが高速になると、2 つの位相シフトコンデンサが接続されている巻線に過大な電流が流れるためです。高電流はモーター巻線を加熱し、その絶縁を破壊します。

既存の移相（動作）コンデンサに追加で並列に接続されたコンデンサは、始動コンデンサと呼ばれます。

軽負荷のファンモーターの場合、丸鋸、ボール盤、始動コンデンサの静電容量は、作業コンデンサの静電容量と等しく選択されます。

ウォーターポンプ、丸鋸の負荷付きモーターの場合、始動コンデンサーの容量を作業者の2倍に選択する必要があります。

並列に接続されたコンデンサのバッテリーを組み立てて、位相シフトコンデンサの必要な容量を正確に選択することは非常に便利です（動作および起動）。一緒に接続されたコンデンサは、2、4、10、15 マイクロファラッドの小さな容量で使用する必要があります。

コンデンサの電圧を選択するときは、普遍的な規則を使用する必要があります。コンデンサの設計電圧は、接続する電圧の 1.5 倍にする必要があります。

電化製品のケースの中を見ると、現代の回路で使用されている多くのさまざまなコンポーネントを見ることができます。単一のシステムに接続されたこれらすべての抵抗、トランジスタ、ダイオード、およびマイクロ回路がどのように機能するかを理解することは非常に困難です。ただし、電気回路にコンデンサが必要な理由を理解するには、学校の物理コースの知識があれば十分です。

コンデンサデバイスとその特性

コンデンサは、誘電体層が配置された2つ以上の電極（プレート）で構成されています。この設計には、電圧源に接続すると電荷を蓄積する機能があります。空気または固体を誘電体として使用できます：紙、雲母、セラミック、酸化膜。

コンデンサの主な特徴 - 定数または可変電気容量、ファラッドで測定。それは、プレートの面積、それらの間のギャップ、および誘電体の種類によって異なります。コンデンサの静電容量は、その 2 つの最も重要な特性を決定します: エネルギーを蓄える能力と、このコンポーネントが電気回路で広く使用されているため、送信信号の周波数に対する導電率の依存性です。

エネルギー貯蔵

フラットコンデンサをソースに接続する場合定電圧、負の電荷が一方の電極に徐々に蓄積され、正の電荷がもう一方の電極に蓄積されます。充電と呼ばれるこのプロセスを図に示します。その持続時間は、静電容量の値と積極的な抵抗連鎖要素。

プレート間の誘電体の存在により、デバイス内の荷電粒子の流れが防止されます。しかし、このとき回路自体では、コンデンサとソースの電圧が等しくなるまで電流が存在します。ここで、バッテリをタンクから切り離すと、負荷が接続されていれば、それ自体がエネルギーを供給できる一種のバッテリになります。

抵抗対電流周波数

AC 回路に接続されたコンデンサは、電源電圧の極性の変化に応じて定期的に再充電されます。したがって、考慮される電子部品は、抵抗器とインダクタとともに、抵抗 Rс=1/(2πfC) を生成します。ここで、f は周波数、C は静電容量です。

提示された依存性からわかるように、コンデンサは高周波信号に対して高い伝導性を持ち、低周波信号を弱く伝導します。回路内の容量素子の抵抗直流無限に大きくなり、これはその破裂に相当します。

これらの特性を調べた後、コンデンサが必要な理由と使用場所を検討できます。

コンデンサはどこで使用されますか?

フィルターは、特定の周波数範囲で信号を送信するように設計された、無線電子、エネルギー、音響、およびその他のシステムのデバイスです。たとえば、通常の場合充電器為に携帯電話コンデンサは、高周波成分を抑えて電圧を平滑化するために使用されます。
電子機器の振動輪郭。彼らの研究は、コンデンサがインダクタと連動してオンになると、回路に周期的な電圧と電流が発生するという事実に基づいています。
パルスシェイパー、タイマー、アナログコンピューティングデバイス。これらのシステムの動作では、コンデンサの充電時間の静電容量の値への依存性が使用されます。
X線装置、レーザー、粒子加速器などで使用される、電圧増倍を備えた整流器。ここで最も重要な役割は、エネルギーを蓄積し、保存し、放出する容量性コンポーネントの特性によって演じられます。

もちろん、これらはコンデンサが使用される最も一般的なデバイスにすぎません。単一の複雑な家庭用、自動車用、産業用、電気通信用、パワーエレクトロニクス機器は、それらなしではできません。