Conectarea în paralel a condensatoarelor de diferite capacități. Conectarea în paralel și în serie a condensatoarelor

Pentru a obține o gamă mai mare de capacități, condensatoarele sunt adesea conectate între ele pentru a forma așa-numitele bănci de condensatoare. Conexiunea poate fi paralelă, serială sau combinată (mixtă). Luați în considerare cazul cu doi condensatori.

Conexiunea în serie a condensatoarelor este prezentată în Fig. 1

Aici (Fig. 1) placa unui condensator, care are o sarcină negativă, este conectată la placa pozitivă a următorului condensator. Când sunt conectate în serie, plăcile de mijloc ale condensatoarelor sunt electrificate prin influență, prin urmare, sarcinile lor sunt egale ca mărime și semn opus. Sarcinile acestor condensatoare sunt aceleași. Cu această legătură, diferențele de potențial se adună:

În acest caz avem:

Constatăm că la conectarea condensatoarelor în serie, capacitatea de conectare se găsește ca:

Generalizând formula (3) pentru N condensatoare, obținem:

unde este capacitatea electrică a i-lea condensator.

Conectarea în serie a condensatoarelor este utilizată atunci când, pentru a evita defectarea condensatorului, este necesară distribuirea diferenței de potențial între mai mulți condensatori.

Conexiunea în serie a condensatoarelor este prezentată în Fig. 2

Când sunt conectate în paralel, diferențele de potențial dintre plăcile condensatoarelor sunt aceleași. Sarcina totală a sistemului este egală cu suma încărcărilor fiecărui condensator:

Din cele de mai sus obținem:

Pentru o baterie de N condensatoare conectate în paralel avem:

Conectarea în paralel a condensatoarelor este utilizată atunci când este necesară creșterea capacității condensatorului.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu

Obțineți o formulă pentru calcularea capacității unui condensator stratificat.

Soluţie

Un condensator, care se numește condensator stratificat, este format din două plăci metalice paralele separate de mai multe straturi plate de dielectrici diferiți (Fig. 3). Să notăm constantele dielectrice ale straturilor dielectrice ca . Vom presupune că grosimea corespunzătoare a stratului dielectric este: .

Să presupunem că între straturile de dielectrici sunt introduse foi foarte subțiri de conductor. Din această procedură, încărcările de pe plăcile condensatorului și intensitatea câmpului din sărurile dielectrice vor rămâne neschimbate. Diferența de potențial dintre plăci va rămâne neschimbată, prin urmare, capacitatea condensatorului nu se va modifica. Dar, prezența unor foi subțiri de conductor va transforma condensatorul stratificat într-o conexiune în serie de condensatoare.

Să aplicăm formulele pentru capacitatea unui condensator plat:

și calcularea capacității unei baterii de condensatoare conectate în serie:

primim:

Răspuns

EXEMPLUL 2

Exercițiu	Care va fi capacitatea conexiunii condensatoarelor (Fig. 4), dacă bateria este formată din condensatoare identice, capacitatea fiecăruia dintre ele este egală cu F.
Soluţie	Notăm capacitatea conexiunii paralele a condensatoarelor ca fiind egală cu:

O conexiune în serie se referă la cazurile în care două sau mai multe elemente sunt sub forma unui lanț, fiecare dintre ele conectat la celălalt doar într-un singur punct. De ce sunt poziționați astfel condensatorii? Cum să faci asta corect? Ce vrei să știi? Ce caracteristici are conectarea în serie a condensatoarelor în practică? Care este formula rezultatului?

Ce trebuie să știți pentru o conexiune corectă?

Din păcate, nu totul aici este atât de ușor de făcut pe cât ar părea. Mulți începători cred că, dacă desenul schematic spune că este nevoie de un element de 49 de microfarade, atunci este suficient să-l luați pur și simplu și să îl instalați (sau să îl înlocuiți cu unul echivalent). Dar este dificil să selectați parametrii necesari chiar și într-un atelier profesionist. Și ce să faci dacă nu ai elementele necesare? Să zicem că există o astfel de situație: aveți nevoie de un condensator de 100 de microfarad, dar există mai mulți condensatori de 47 de microfarad.Nu este întotdeauna posibil să îl instalați. Mergi pe piața radio pentru un condensator? Nu este necesar. Va fi suficient să conectați câteva elemente. Există două metode principale: conectarea în serie și paralelă a condensatoarelor. Acesta este primul despre care vom vorbi. Dar dacă vorbim despre conexiunea în serie a bobinei și condensatorului, atunci nu există probleme speciale.

De ce fac asta?

Când astfel de manipulări sunt efectuate cu ele, sarcinile electrice de pe plăcile elementelor individuale vor fi egale: KE = K 1 = K 2 = K 3. KE - capacitatea finală, K - valoarea de transmisie a condensatorului. De ce este asta? Când încărcările sunt furnizate de la sursa de alimentare către plăcile externe, o valoare poate fi transferată plăcilor interne, care este valoarea elementului cu cei mai mici parametri. Adică, dacă luați un condensator de 3 µF și după ce îl conectați la 1 µF, atunci rezultatul final va fi de 1 µF. Desigur, pe primul se poate observa o valoare de 3 µF. Dar cel de-al doilea element nu va putea trece atât de mult și va tăia tot ceea ce este mai mare decât valoarea necesară, lăsând o capacitate mare pe condensatorul original. Să ne uităm la ce trebuie calculat la conectarea condensatoarelor în serie. Formulă:

OE - capacitate totală;
N - tensiune;
KE - capacitate finală.

Ce altceva trebuie să știți pentru a conecta corect condensatoarele?

Pentru început, nu uitați că, pe lângă capacitate, au și o tensiune nominală. De ce? Când se realizează o conexiune în serie, tensiunea este distribuită invers proporțional cu capacitățile lor între ele. Prin urmare, este logic să folosiți această abordare numai în cazurile în care orice condensator poate furniza parametrii de funcționare minimi necesari. Dacă se folosesc elemente care au aceeași capacitate, tensiunea dintre ele va fi împărțită în mod egal. De asemenea, un cuvânt de precauție în ceea ce privește condensatorii electrolitici: atunci când lucrați cu aceștia, monitorizați întotdeauna cu atenție polaritatea acestora. Pentru că dacă acest factor este ignorat, conectarea în serie a condensatoarelor poate da o serie de efecte nedorite. Și este bine dacă totul se limitează doar la defalcarea acestor elemente. Amintiți-vă că condensatoarele stochează curent și, dacă ceva nu merge bine, în funcție de circuit, poate apărea un precedent care va duce la defectarea altor componente ale circuitului.

Curent în conexiune în serie

Deoarece are o singură cale posibilă de curgere, va avea aceeași valoare pentru toți condensatorii. În acest caz, suma de încărcare acumulată are aceeași valoare peste tot. Nu depinde de capacitate. Uitați-vă la orice diagramă a unei conexiuni în serie a condensatoarelor. Fața din dreapta a primului este conectată la stânga celui de-al doilea și așa mai departe. Dacă se utilizează mai mult de 1 element, atunci unele dintre ele vor fi izolate de circuitul general. Astfel, aria efectivă a plăcilor devine mai mică și este egală cu parametrii celui mai mic condensator. Ce fenomen fizic stă la baza acestui proces? Faptul este că, de îndată ce un condensator este umplut cu o sarcină electrică, nu mai trece curentul. Și atunci nu poate curge de-a lungul întregului lanț. În acest caz, condensatorii rămași nu se vor putea încărca.

Căderea de tensiune și capacitatea totală

Fiecare element disipează puțin tensiunea. Avand in vedere ca capacitatea este invers proportionala cu aceasta, cu cat este mai mica, cu atat scaderea va fi mai mare. După cum am menționat mai devreme, condensatoarele conectate în serie au aceeași sarcină electrică. Prin urmare, împărțind toate expresiile la valoarea totală, puteți obține o ecuație care arată întreaga capacitate. Aici conexiunea în serie și paralelă a condensatoarelor sunt foarte diferite.

Exemplul #1

Să folosim formulele prezentate în articol și să calculăm mai multe probleme practice. Deci avem trei condensatoare. Capacitatea lor este: C1 = 25 µF, C2 = 30 µF și C3 = 20 µF. Sunt conectate în serie. Este necesar să găsiți capacitatea lor totală. Folosim ecuația corespunzătoare 1/C: 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/25 + 1/30 + 1/20 = 37/300. Convertim în microfarad, iar capacitatea totală a condensatorului atunci când este conectat în serie (și grupul în acest caz este considerat un element) este de aproximativ 8,11 μF.

Exemplul nr. 2

Să rezolvăm încă o problemă pentru a ne consolida munca. Sunt 100 de condensatoare. Capacitatea fiecărui element este de 2 μF. Este necesar să se determine capacitatea lor totală. Trebuie să înmulțiți numărul lor cu caracteristica: 100*2=200 µF. Deci, capacitatea totală a condensatorului atunci când este conectat în serie este de 200 de microfaradi. După cum puteți vedea, nimic complicat.

Concluzie

Așadar, am analizat aspectele teoretice, am analizat formulele și caracteristicile conexiunii corecte a condensatoarelor (în serie) și chiar am rezolvat mai multe probleme. Aș dori să reamintesc cititorilor să nu piardă din vedere influența tensiunii nominale. De asemenea, este de dorit să fie selectate elemente de același tip (mică, ceramică, metal-hârtie, film). Apoi conectarea în serie a condensatoarelor ne poate oferi cel mai mare efect benefic.

Condensatorii, ca și rezistențele, pot fi conectați în serie sau în paralel. Să luăm în considerare conexiunea condensatoarelor: pentru ce este folosit fiecare dintre circuite și caracteristicile lor finale.

Această schemă este cea mai comună. În ea, plăcile condensatoarelor sunt conectate între ele, formând o capacitate echivalentă egală cu suma capacităților conectate.

La conectarea condensatoarelor electrolitice în paralel, este necesar ca bornele de aceeași polaritate să fie conectate între ele.

Particularitatea acestei conexiuni este tensiune egală la toți condensatorii conectați. Tensiunea nominală a unui grup de condensatoare conectate în paralel este egală cu tensiunea de funcționare a condensatorului de grup pentru care este minimă.

Curenții care circulă prin condensatoarele grupului sunt diferiți: un curent mai mare va curge printr-un condensator cu o capacitate mai mare.

În practică, o conexiune paralelă este utilizată pentru a obține o capacitate de dimensiunea necesară atunci când aceasta se încadrează în intervalul produs de industrie sau nu se încadrează într-o serie standard de condensatoare. În sistemele de control al factorului de putere (cos ϕ), modificarea capacității are loc datorită conectării sau deconectarii automate a condensatoarelor în paralel.

Într-o conexiune în serie, plăcile condensatorului sunt conectate între ele, formând un lanț. Plăcile exterioare sunt conectate la sursă și același curent trece prin toți condensatorii grupului.

Capacitatea echivalentă a condensatoarelor conectate în serie este limitată la cea mai mică capacitate din grup. Acest lucru se explică prin faptul că, de îndată ce este complet încărcat, curentul se va opri. Puteți calcula capacitatea totală a două condensatoare conectate în serie folosind formula

Dar utilizarea unei conexiuni seriale pentru a obține capacități non-standard nu este la fel de comună ca una paralelă.

Într-o conexiune în serie, tensiunea de alimentare este distribuită între condensatorii grupului. Acest lucru vă permite să obțineți o bancă de condensatoare proiectate pentru o tensiune mai mare decât tensiunea nominală a componentelor sale. Deci, blocurile care pot rezista la tensiuni înalte sunt realizate din condensatoare ieftine și mici.

Un alt domeniu de aplicare pentru conectarea în serie a condensatoarelor este legat de redistribuirea tensiunilor între ei. Dacă capacitățile sunt aceleași, tensiunea este împărțită la jumătate; dacă nu, tensiunea pe un condensator cu o capacitate mai mare este mai mare. Un dispozitiv care funcționează pe acest principiu se numește divizor capacitiv de tensiune.

Conexiune mixtă a condensatoarelor

Astfel de circuite există, dar în dispozitive speciale care necesită o precizie ridicată în obținerea valorii capacității, precum și pentru reglarea lor precisă.

În inginerie electrică, există diverse opțiuni pentru conectarea elementelor electrice. În special, există o conexiune în serie, paralelă sau mixtă a condensatoarelor, în funcție de nevoile circuitului. Să ne uităm la ele.

Conexiune paralelă

O conexiune paralelă se caracterizează prin faptul că toate plăcile condensatoarelor electrice sunt conectate la punctele de comutare și formează baterii. În acest caz, la încărcarea condensatoarelor, fiecare dintre ei va avea un număr diferit de sarcini electrice cu aceeași cantitate de energie furnizată

Schema de montare in paralel

Capacitatea pentru instalarea în paralel este calculată pe baza capacităților tuturor condensatoarelor din circuit. În acest caz, cantitatea de energie electrică furnizată tuturor elementelor individuale cu doi poli ale circuitului poate fi calculată prin însumarea cantității de energie plasată în fiecare condensator. Întregul circuit conectat în acest fel este calculat ca o rețea cu două terminale.

Ctot = C 1 + C 2 + C 3

Diagrama - tensiune pe drive-uri

Spre deosebire de o conexiune stea, aceeași tensiune este aplicată plăcilor tuturor condensatoarelor. De exemplu, în diagrama de mai sus vedem că:

V AB = V C1 = V C2 = V C3 = 20 Volți

Conexiune serială

Aici, numai contactele primului și ultimului condensator sunt conectate la punctele de comutare.

Diagramă – diagramă de conectare în serie

Caracteristica principală a circuitului este că energia electrică va curge într-o singură direcție, ceea ce înseamnă că curentul din fiecare dintre condensatori va fi același. Într-un astfel de circuit, pentru fiecare dispozitiv de stocare, indiferent de capacitatea acestuia, se va asigura o acumulare egală a energiei care trece. Trebuie să înțelegeți că fiecare dintre ele este în contact secvențial cu următorul și precedentul, ceea ce înseamnă că capacitatea de tip secvenţial poate fi reprodusă de energia dispozitivului de stocare vecin.

Formula care reflectă dependența curentului de conexiunea condensatoarelor este următoarea:

i = i c 1 = i c 2 = i c 3 = i c 4, adică curenții care trec prin fiecare condensator sunt egali între ei.

În consecință, nu numai puterea curentului va fi aceeași, ci și sarcina electrică. Conform formulei, aceasta este definită astfel:

Q total = Q 1 = Q 2 = Q 3

Și astfel se determină capacitatea totală totală a condensatoarelor într-o conexiune în serie:

1/C total = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3

Video: cum să conectați condensatorii în paralel și metoda seriei

Conexiune mixtă

Dar, merită să luați în considerare faptul că pentru a conecta diferiți condensatori, este necesar să se țină cont de tensiunea rețelei. Pentru fiecare semiconductor, acest indicator va diferi în funcție de capacitatea elementului. Rezultă că grupurile individuale de biterminale semiconductoare de capacitate mică vor deveni mai mari la încărcare și invers, o capacitate electrică de dimensiuni mari va necesita mai puțină încărcare.

Schemă: conexiune mixtă a condensatoarelor

Există, de asemenea, o conexiune mixtă a doi sau mai mulți condensatori. Aici, energia electrică este distribuită simultan folosind conexiuni în paralel și în serie ale celulelor electrolitice dintr-un circuit. Acest circuit are mai multe secțiuni cu diferite conexiuni ale rețelelor de condensare cu două terminale. Cu alte cuvinte, pe unul circuitul este conectat în paralel, pe celălalt - în serie. Acest circuit electric are o serie de avantaje în comparație cu cele tradiționale:

Poate fi folosit în orice scop: conectarea unui motor electric, echipament mașină, echipament radio;
Calcul simplu. Pentru instalare, întregul circuit este împărțit în secțiuni separate ale circuitului, care sunt calculate separat;
Proprietățile componentelor nu se modifică indiferent de modificările câmpului electromagnetic sau ale intensității curentului. Acest lucru este foarte important atunci când lucrați cu rețele opuse cu două terminale. Capacitatea este constantă la o tensiune constantă, dar potențialul este proporțional cu sarcina;
Dacă trebuie să asamblați mai multe rețele cu două terminale semiconductoare nepolare din cele polare, atunci trebuie să luați mai multe rețele unipolare cu două terminale și să le conectați într-o manieră spate în spate (triunghi). Minus la minus și plus la plus. Astfel, prin creșterea capacității, principiul de funcționare al unui semiconductor bipolar se modifică.

Conţinut:

În circuitele de inginerie electronică și radio, conexiunea în paralel și în serie a condensatoarelor a devenit larg răspândită. În primul caz, conexiunea se realizează fără noduri comune, iar în a doua opțiune, toate elementele sunt combinate în două noduri și nu sunt conectate la alte noduri, cu excepția cazului în care acest lucru este prevăzut în prealabil de circuit.

Conexiune serială

Într-o conexiune în serie, doi sau mai mulți condensatori sunt conectați într-un circuit comun, astfel încât fiecare condensator anterior să fie conectat la următorul doar într-un singur punct comun. Curentul (i) care încarcă un circuit în serie de condensatori va avea aceeași valoare pentru fiecare element, deoarece trece numai pe singura cale posibilă. Această poziție este confirmată de formula: i = i c1 = i c2 = i c3 = i c4.

Datorită aceleiași cantități de curent care circulă prin condensatoare în serie, cantitatea de sarcină stocată de fiecare va fi aceeași, indiferent de capacitate. Acest lucru devine posibil deoarece sarcina care vine de pe placa condensatorului anterior se acumulează pe placa elementului de circuit următor. Prin urmare, cantitatea de încărcare a condensatoarelor conectate în serie va arăta astfel: Q total = Q 1 = Q 2 = Q 3.

Dacă luăm în considerare trei condensatoare C 1, C 2 și C 3 conectate într-un circuit în serie, rezultă că condensatorul mijlociu C 2 la curent constant este izolat electric de circuitul general. În cele din urmă, aria efectivă a plăcilor va fi redusă la aria plăcilor condensatorului cu cele mai minime dimensiuni. Umplerea completă a plăcilor cu o sarcină electrică face imposibilă trecerea curentului suplimentar prin ea. Ca urmare, fluxul de curent se oprește în întregul circuit și, în consecință, încărcarea tuturor celorlalți condensatori se oprește.

Distanța totală dintre plăci într-o conexiune în serie este suma distanțelor dintre plăcile fiecărui element. Ca urmare a conectării într-un circuit în serie, se formează un singur condensator mare, a cărui zonă a plăcilor corespunde plăcilor elementului cu o capacitate minimă. Distanța dintre plăci se dovedește a fi egală cu suma tuturor distanțelor disponibile în lanț.

Căderea de tensiune pe fiecare condensator va fi diferită în funcție de capacitate. Această poziție este determinată de formula: C = Q/V, în care capacitatea este invers proporțională cu tensiunea. Astfel, pe măsură ce capacitatea condensatorului scade, o tensiune mai mare scade pe el. Capacitatea totală a tuturor condensatoarelor este calculată prin formula: 1/C total = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3.

Caracteristica principală a unui astfel de circuit este trecerea energiei electrice într-o singură direcție. Prin urmare, valoarea curentului din fiecare condensator va fi aceeași. Fiecare unitate dintr-un circuit în serie stochează o cantitate egală de energie, indiferent de capacitate. Adică capacitatea poate fi reprodusă datorită energiei prezente în dispozitivul de stocare vecin.

Calculator online pentru calcularea capacității condensatoarelor conectate în serie într-un circuit electric.

Compus mixt

Conectarea în paralel a condensatoarelor

O conexiune paralelă este considerată a fi una în care condensatorii sunt conectați unul la altul prin două contacte. Astfel, mai multe elemente pot fi conectate simultan la un moment dat.

Acest tip de conexiune vă permite să formați un singur condensator cu dimensiuni mari, a cărui suprafață a plăcilor va fi egală cu suma ariilor plăcilor fiecărui condensator individual. Datorită faptului că este direct proporțional cu aria plăcilor, capacitatea totală este numărul total al tuturor capacităților condensatoarelor conectate în paralel. Adică, C total = C 1 + C 2 + C 3.

Deoarece diferența de potențial apare doar în două puncte, aceeași tensiune va scădea pe toți condensatorii conectați în paralel. Puterea curentului în fiecare dintre ele va fi diferită, în funcție de capacitatea și valoarea tensiunii. Astfel, conexiunile seriale și paralele utilizate în diferite circuite fac posibilă reglarea diverșilor parametri în anumite zone. Datorită acestui fapt, se obțin rezultatele necesare funcționării întregului sistem în ansamblu.