Sådan tilsluttes en kondensator i et kredsløb: Komplet ledningsføring, polariteter og beregninger

Det korte svar, før du rører ved tavlen

Hvis en kondensator er polariseret, skal den positive ledning forbindes til den højere potentiale side af kredsløbet. Hvis den er upolariseret, har orienteringen ingen betydning for polariteten, men spændings- og kapacitansværdierne afgør stadig, om kredsløbet fungerer. For en enfaset vekselstrømsmotor går kondensatoren ind i hjælpeviklingsbanen, enten som en driftskondensator, der forbliver strømførende, eller som en startkondensator, der falder ud, efter at motoren når hastighed. De tre praktiske spørgsmål er altid de samme: hvad er kredsløbstypen, hvilket job udfører kondensatoren, og hvad er spændings- og kapacitansværdierne trykt på delen.

Den mest almindelige begynderfejl er at bruge en elektrolytisk kondensator på en AC-ledning. Den del er ikke bygget til omvendt spænding, og den vil hurtigt svigte. Den næstmest almindelige fejl er at ignorere krusningsstrømmen eller overspændingen i en switching-konverter. Afsnittene nedenfor vil guide dig gennem, hvordan du forbinder kondensatorer i serier, parallelle, blandede grupper, DC-filtre og AC-motorkredsløb med reelle tal og eksempler på scenarier. Ac kondensator

Sådan identificeres kondensatorpolariteten før ledningsføring

Polariserede kondensatorer er normalt aluminium elektrolytiske eller tantal typer. Den negative ledning er markeret med et farvebånd, et minustegn eller en stribe på siden af ​​ærmet. På elektrolytiske kondensatorer med gennemgående huller er den længere ledning normalt positiv. På overflademonteret elektrolytik er den øverste markering en solid sort eller hvid halvcirkel, der peger på den positive terminal, mens den anden halvdel af huset kan have en fordybning. På radiale blykomponenter har plasthuset ofte et minustegn ved siden af ​​den ene ledning.

For elektrolytiske kondensatorer af aluminium, der er klassificeret over 100 V, har dåsen nogle gange en ribbet top med en trykudluftning. Denne udluftning er ikke en polaritetsmarkør; det er der for at beskytte mod indre trykskader. Brug ikke udluftningen som en retningsguide.

Sådan identificeres en ikke-polariseret kondensator

Ikke-polariserede kondensatorer omfatter CBB60, CBB61, CBB65, CBB80 og keramiske kondensatorer. De har ingen positiv eller negativ markering. Hvis du ser to identiske ledninger uden polaritetsstribe, kan kondensatoren tilsluttes i begge retninger. Orientering har dog stadig betydning i fysisk forstand: terminalerne kan have forskellige former, og nogle motorkondensatorer bruger indføringsblade, der passer ind i en specifik fatning. Tilpas altid stikstørrelsen og klingebredden.

Tilslutning af kondensatorer i serie med formler og rigtige eksempler

Når du placerer kondensatorer i serie, er den samlede kapacitans altid mindre end den mindste kondensator i strengen . Formlen for to kondensatorer er:

C total = (C1 × C2) / (C1 C2)

For tre eller flere kondensatorer er den styrende formel:

1 / C total = 1 / C1 1 / C2 1 / C3

Årsagen kommer fra ladningens fysik. I en seriestreng gemmer hver kondensator den samme mængde ladning Q. Spændingen over en kondensator er V = Q / C. Hvis du forbinder en 10 uF og en 10 uF kondensator i serie, er den samlede kapacitans 5 uF, ikke 20 uF. Spændingsværdien for parret er maksimalt 2 × den nominelle spænding af en kondensator, forudsat at du afbalancerer spændingerne med udligningsmodstande.

Eksempel: serieforbindelse til en højspændingsskinne

Antag, at du har to 100 uF kondensatorer, der hver er klassificeret til 50 V. Hvis du forbinder dem i serie, er den samlede kapacitans 50 uF, og den samlede spænding er cirka 100 V. Elektrolytiske kondensatorer har dog forskellige lækstrømme. Kondensatoren med en mindre lækstrøm vil acceptere mere spænding og kan svigte. I praksis bør du placere en 220 kΩ 1 W modstand parallelt med hver kondensator. Det tvinger spændingsdelingen til at forblive nogenlunde ens, især hvis kondensatortolerancerne er omkring ±20 %.

En sikker serieforbindelse ser derfor sådan ud: kondensator C1 med modstand R1 parallelt, kondensator C2 med modstand R2 parallelt, forbind derefter de to grupper i serie. Modstandene skal have en lignende værdi, og deres maksimale effekttab skal være nok til arbejdsspændingen.

Parallel tilslutning af kondensatorer uden at lave en filtreringsfejl

Parallelforbindelse er det modsatte af serier. Den samlede kapacitans er summen af ​​hver kondensator. Formlen er enkel:

C total = C1 C2 C3

Hver kondensator ser den samme spænding. Det betyder, at du skal vælge kondensatorer, hvis individuelle nominelle spænding er højere end den maksimale spænding i kredsløbet. Brug af to 10 uF 16 V kondensatorer parallelt giver dig 20 uF ved 16 V. Dette er almindeligt i lavspændings DC-strømforsyninger, hvor du har brug for bedre lavfrekvent rippeldæmpning.

Hvorfor parallelle kondensatorer bruges til afkobling

I digitale kredsløb vil en 100 nF keramisk kondensator filtrere højfrekvent støj, mens en 10 uF elektrolytisk eller tantal kondensator absorberer lavere frekvens belastningstransienter. Begge er forbundet parallelt mellem VCC og jord. Layoutet betyder mere end kapacitansværdien: Hold jorden retur kort og placer den lille kondensator tættest på IC-strømstiften.

Hvis man parallelkobler to kondensatorer med meget forskellig ækvivalent seriemodstand, deler strømmen sig efter impedansen ved den frekvens, man forsøger at filtrere. En keramik med lav ESR kan bære mere højfrekvent strøm end en elektrolytisk. Det er normalt og ikke en fejl. Men bland ikke en polariseret elektrolytisk og en polariseret tantal uden en kvalificeret designkontrol, fordi en omvendt transient kan udløse farlig fejl.

Sådan kombinerer du serier og parallelle grupper, når du har brug for en bestemt værdi

Du starter med at løse den parallelle blok og behandler derefter den blok som en enkelt kondensator i serie- eller parallelberegningen. Blandede netværk vises, når du har brug for en kapacitansværdi, der ikke er tilgængelig som en standardbedømt del.

Et praktisk kombinationseksempel

Forestil dig, at du har brug for en 4,7 uF-kondensator, der er normeret til 600 V DC, men du har kun fire 4,7 uF-kondensatorer, der er normeret til 300 V DC. Du sætter to kondensatorer i serie for at få 2,35 uF ved 600 V. Sæt derefter to af disse seriegrupper parallelt. Resultatet er 4,7 uF ved 600 V. Denne teknik bruges i mellemstore LED-drivere og industrielle strømforsyninger.

Sådan tilsluttes en kondensator i et DC-kredsløb

For en DC-kilde skal du tilslutte den positive terminal på en elektrolytisk kondensator til VCC-skinnen. Tilslut den negative terminal til jord eller lavsideskinnen. Hvis kredsløbet er en fuldbølge ensrettet forsyning, skal du bruge en 470 uF til 4700 uF elektrolytisk over outputtet og placere en 100 nF keramik parallelt til højfrekvent koblingsstøj.

Opladningsadfærd og RC-tidskonstanten

Tidskonstanten τ (tau) er R × C. Efter én tidskonstant er spændingen over kondensatoren 63,2 % af forsyningsspændingen. Efter fem tidskonstanter er det 99,3 %. Dette princip bruges til at skabe forsinkelseskredsløb, debounce-kredsløb og endda simple timere.

Hvis du tilslutter en kondensator direkte til en DC-kilde, er ladestrømmen kun begrænset af kildeimpedansen og kondensatorens ESR. Det kan være enormt i et par mikrosekunder. I mange strømforsyninger er en lille modstand eller en indløbstermistor indsat i serie for at begrænse strømmen.

Sådan tilsluttes en kondensator i AC-motorkredsløb

De fleste husholdnings- og industrielle AC-motorer bruger en kondensator til at skabe et faseskift i hjælpeviklingen. Denne faseforskydning frembringer et roterende magnetfelt, så motoren kan starte og køre i en defineret retning. Forbindelsen er altid på tværs af AC-ledningen eller på tværs af en sektion af viklingen, afhængig af om det er en startkondensator eller en driftskondensator.

Kør kondensatorledninger til en permanent delt kondensatormotor

I en PSC-motor er driftskondensatoren forbundet i serie med hjælpeviklingen. Denne gren er så forbundet parallelt med hovedviklingen. Motoren er tilsluttet strømkilden. Kondensatoren forbliver i kredsløbet, når motoren kører. CBB60 og CBB61 kondensatorer er typiske her. En 220V vaskemaskinemotor kan bruge en 4 uF til 6 uF driftskondensator. En vandpumpemotor kan bruge en 10 uF til 15 uF enhed.

Start kondensatorledningerne med en centrifugalkontakt

En startkondensator er større i kapacitans, normalt fra 20 uF op til 300 uF. Den er forbundet parallelt med driftskondensatorgrenen i startperioden. En centrifugalomskifter eller potentialerelæ åbner, efter at motoren når omkring 75 % af fuld hastighed, hvorved startkondensatoren falder ud. Hvis kontakten sidder fast, kan kondensatoren blive overophedet.

I klimaanlægskompressormotorer er CBB65-kondensatorer meget almindelige. En 450V AC klassificeret 30 uF CBB65 bruges ofte på en 220V kompressor. Etuiet er af aluminium, og det kan indeholde en modstand, der hjælper med at aflade den resterende ladning, efter at strømmen er afbrudt.

Fysiske ledningsmetoder: lodde, klemmeblade og konnektorteknikker

Det elektriske symbol er kun halvdelen af jobbet. Den mekaniske forbindelseskvalitet afgør, om kondensatoren holder. For bly-type kondensatorer skal du fjerne ca. 5 mm isolering fra hver ledning, placere lederen med ledningen, påføre varme i to til tre sekunder med en 25W til 40W loddekolbe og lade samlingen køle af uden at bevæge sig. Et koldt led kan forårsage buedannelse og intermitterende fejl, som er meget svære at spore.

Indsæt-terminal kondensatorer og fatninger

Kondensatorer med 4,8 mm eller 6,3 mm terminaler er ofte fastgjort i et beslag og sat i tilhørende hunstik. Konnektoren skal være klassificeret til 105°C eller højere, fordi motoren indeni kan være varm. Brug en kabelmuffe til vibration og en holdeklemme, så stikket ikke kan glide løs under motorstart- og stopcyklusser.

Ledningsføring i vibrationsudsat udstyr

For en vandpumpe eller køleskabskompressor bør kondensatoren ikke hænge frit. Fastgør den med en rem eller et beslag til en stiv ramme. Forkort ledningerne eller bladets ledninger, og tilføj trækaflastning ved kabelindgangspunktet. Hvis kondensatoren bevæger sig i forhold til dens terminaler, vil forbindelsen til sidst blive træt og brud.

Spændingstolerance, temperaturklassificering og købsrisiko

Tommelfingerreglen for at vælge en arbejdsspænding er at bruge mindst 1,25 til 1,5 gange den maksimale systemspænding . For en 220V AC motor er det derfor 450V kondensatorer er standardvalget. Marginen absorberer strømstød, transformatorbelastningsudsving og linjespidser.

Kapacitanstolerance betyder mere, end du tror

De er markeret med en bogstavkode: J er ±5 %, K er ±10 %, M er ±20%. I motordrevne kredsløb er en ±5% kondensator den praktiske sikre grænse. En ±10% kan stadig fungere for mange blæsere og små motorer. Hvis du køber en billig kondensator, der kun er mærket som 10 uF uden tolerance, kan det faktisk være 8 uF eller 12 uF. Denne forskel kan få en motor til at overophede eller ikke starte.

Det samme gælder temperaturklasse. En standard 85°C kondensator er muligvis ikke nok i et forseglet motorrum. 105°C varianter er ofte påkrævet, når motorhuset kører varmt. For lang levetid i udendørs pumpeinstallationer skal du vælge en kondensator, der er klassificeret til høj omgivelsestemperatur og forventer en længere designlevetid.

Simple beregninger og udvalgseksempler du kan bruge før ledningsføring

Du kan altid starte med motorens belastningsstrøm. For en enfaset motor, der trækker 2 A fra en 220V-forsyning, falder driftskondensatorværdien ofte mellem 3 uF og 8 uF, afhængigt af antallet af poler og viklingsdesign. Det er ikke en præcis formel for hver motor; den nøjagtige værdi er tildelt af motordesigneren. Men hvis du udskifter en kondensator, er det sikreste råd at læse den gamle del og vælge den samme kapacitans og spænding.

For et DC-forsinkelseskredsløb er beregningen direkte. Antag, at du ønsker en 5-sekunders forsinkelse med en 10 kΩ modstand. Formlen giver C = τ / R = 5 / 10000 = 0,0005 F eller 500 uF. I praksis ville du bruge en 470 uF eller en 1000 uF elektrolytisk og kontrollere den faktiske timing. Timerens tærskelspænding afhænger af den IC eller transistor, du bruger. For en NE555 timer er tærsklen omkring 2/3 af VCC, så formlen ændrer sig lidt.

Afladnings- og restspændingskontrol

Før du rører ved eller ændrer en kondensator, skal spændingen på dens terminaler måles med et multimeter. En simpel 10 kΩ modstand kan placeres på tværs af terminalerne for fem tidskonstanter. For en kondensator på 100 uF er afladningstiden gennem 10 kΩ omkring 5 sekunder. Men hvis du har at gøre med store industrielle kondensatorer vurderet til 400 V eller højere, skal du bruge et dedikeret afladningsværktøj med den korrekte modstandseffekt.

Almindelige ledningsfejl, der ødelægger kondensatorer og motorer

Listen nedenfor er baseret på erfaring med servicecenter. Enhver af disse er nok til at få en kondensator til at svigte inden for et par dage.

1. Brug af en elektrolytisk kondensator i en AC-ledning. Polariteten vender 50 eller 60 gange i sekundet, hvilket forårsager intern opvarmning og eventuel lækage eller udluftning.
2. Tilslutning af en startkondensator med for lav nominel spænding. Motoren kan trække mere end 250V i et 220V system under start, så en 250V del kan blive beskadiget.
3. Ignorerer kontakten. I startkondensatorkredsløb skal centrifugalkontakten åbne efter opstart. En svejset kontakt vil efterlade kondensatoren permanent i kredsløbet.
4. Installation i det forkerte beslag med overdimensionerede huller, så kondensatoren kan vibrere og bryde dens ledningsafslutning.
5. Valg af en kondensator kun baseret på fysisk størrelse. To kondensatorer kan se ens ud, men har forskellig spænding, temperatur og levetid.
6. Efterlader en erstatningskondensator undervurderet i rippelstrøm i en switched-mode forsyning. Den resulterende temperaturstigning forkorter levetiden dramatisk.

Når en kondensator svigter, er de almindelige synlige tegn en bulet top, en lækket elektrolyt, en knækket plastikfront eller en smeltet ærme. I et motorkredsløb er den typiske fejltilstand, at motoren brummer, men ikke roterer, og derefter udløser afbryderen.

Forsyning af kondensatoren: hvad sker der faktisk i det første sekund

Når du tilslutter en kondensator til en DC-kilde, kan spændingen ikke springe med det samme. I det øjeblik, kontakten lukker, fungerer kondensatoren som en kortslutning. Strømmen er V_forsyning divideret med modstanden eller kildeimpedansen. Så bygges spændingen efter ligningen V(t) = V_forsyning × (1 − e^(−t/RC)). Hvis en 100 uF kondensator er forbundet til en 12V forsyning gennem en 1 kΩ modstand, er tidskonstanten 0,1 sekunder. På 0,1 sekunder når kondensatoren omkring 7,58 V. På 0,5 sekunder når den næsten 11,92 V.

Hvorfor en kondensator ikke kan tilsluttes direkte til en ideel kilde uden omhu

En ideel spændingskilde har nul impedans. En ideel kondensator har nul modstand. Hvis du forbinder dem direkte, er den matematiske strøm uendelig. I den virkelige verden begrænser bustrådsmodstanden, kondensatorens ESR og kildeimpedansen strømmen. Men i et laboratorium kan en gigantisk elektrolytisk kondensator svejse ledningerne eller beskadige testforsyningen. Placer altid en lille strømbegrænser eller modstand i serie, når du eksperimenterer med store banker.

Ofte stillede spørgsmål om tilslutning af kondensatorer i kredsløb

Hvordan ved jeg, om en kondensator er polariseret?

Se efter et minustegn, et farvet bånd, en pil eller en længere ledning. Hvis ingen af ​​disse er til stede, skal du behandle kondensatoren som ikke-polariseret, medmindre varenummeret siger andet. Elektrolytiske kondensatorer er næsten altid polariserede, mens keramiske kondensatorer og filmkondensatorer er ikke-polariserede.

Hvad sker der, hvis jeg tilslutter en kondensator med omvendt polaritet?

I en polariseret elektrolytisk kondensator får omvendt spænding oxidlaget til at bryde ned og generere gas og varme. Kondensatoren kan bule, udlufte røg eller endda briste. Fejlen sker ofte inden for millisekunder, hvis spændingen er høj nok. Tilslutning af en 220V elektrolytisk til AC-ledning er næsten det samme som at udføre en omvendt polaritetstest, fordi bølgeformen vender retningen hver halve cyklus.

Kan jeg tilslutte en kondensator direkte til en strømkilde?

Ja, men med en modstandsgrænse. En direkte forbindelse betyder, at ladestrømmen kun bestemmes af parasitisk modstand. Det kan være acceptabelt for en lavstrømstest med en lille kilde, men det anbefales aldrig til vedligeholdelse eller industriel service. Brug en modstand, en indstrømningsbegrænser eller en induktor til at blødgøre opladningshastigheden.

Tilføjer kondensatorer i serie ligesom modstande?

Nej. Modstande i serie tilføjer direkte, men kondensatorer i serie følger den gensidige regel. Den samlede kapacitans er altid lavere end den laveste individuelle værdi. Modstande tilføjer for at gøre et større R; kondensatorer tilføjes for at gøre et mindre C.

Hvordan vælger jeg kondensatorværdien for en motor?

Den enkleste metode er at kopiere den originale kondensatorværdi. For en 220V enfaset motor er driftskondensatoren ofte mellem 1,5 uF og 15 uF, mens startkondensatoren typisk er 20 uF til 100 uF. Den nøjagtige værdi kommer fra motorviklingens design og belastningsmomentkarakteristika. Hvis du har problemer med at starte, skal du øge startkapacitansen; hvis motoren overophedes, mens den kører, skal du reducere driftskapaciteten eller kontrollere spændingen.

Kan jeg erstatte en 5 uF kondensator med en 6 uF?

Det kan du, men motoren vil opføre sig anderledes. En højere kørekapacitans hæver hjælpeviklingsstrømmen, hvilket kan producere mere startmoment, men også mere varme. En lavere kapacitans reducerer drejningsmomentet. Hos ventilatorer er en forskel på 0,5 uF normalt ikke kritisk; i en forseglet kompressor kan det påvirke den termiske beskyttelse.

Hvad betyder spændingen på en kondensator?

Det er den maksimale kontinuerlige spænding, der skal påføres over dens terminaler. Overskridelse af denne bedømmelse forårsager hurtigere ældning af de dielektriske og indre lysbuer i ekstreme tilfælde. For AC-kondensatorer skrives ratingen ofte som 450V AC; du kan ikke bruge en 450V DC elektrolytikum samme sted.

Skal jeg aflade en kondensator, før jeg tilslutter den?

Ja. Selvom du skal forbinde den til det samme kredsløb igen, kan den resterende ladning skabe en gnist. Sæt en 1 kΩ til 10 kΩ modstand på tværs af terminalerne i et par sekunder. For højspændingskondensatorer skal du bruge et forseglet afladningsværktøj og kontrollere med et multimeter.

Hvorfor bliver min kondensator ved med at eksplodere eller bule?

De mest almindelige årsager er høj bølgestrøm, overspænding, omvendt polaritet eller en fejlbehæftet startkontakt. I en motor skal du også kontrollere spændingen over kondensatoren, når motoren kører. Hvis den overstiger den nominelle værdi, forkortes kondensatorens levetid.

Hvornår skal kondensatorer seriekobles?

Brug serier, når du har brug for en højere arbejdsspænding, end nogen enkelt kondensator kan levere, eller når du har brug for en meget mindre kapacitansværdi. I højspændings DC-forbindelser er seriebanker standard, men tilføjer altid balanceringsmodstande, så lækstrømmene ikke polariserer den ene kondensator mere end den anden.

Hvordan forbinder jeg en kondensator til en halvbølge ensretter?

Tilslut kondensatoren over udgangen af ​​ensretteren. Den positive ledning skal gå til anodesiden af ​​udgangen, som er terminalen, og den negative ledning til katodesiden, som er jorden. Tilføj en lille filmkondensator parallelt for at reducere højfrekvent støj, og hold sløjfeområdet lille for elektromagnetisk kompatibilitet.

Hvor langt væk kan en kondensator være fra motoren?

En lang ledning øger induktansen og kan hæve spændingsspidsen under omskiftning. Ved motorapplikationer skal kondensatoren holdes så tæt på motorens klemkasse som muligt. For en ventilator eller pumpe er en afstand på under en meter typisk; derudover har trådmåleren og blymodstanden betydning.

Har kondensatorer en holdbarhed før tilslutning?

Elektrolytiske kondensatorer kan miste kapacitans, når de opbevares i årevis uden spænding. Gradvis påføring af en nominel spænding, kaldet reformering, kan genoprette oxidlaget. Filmkondensatorer som CBB60/CBB61/CBB65 har en meget længere holdbarhed og behøver generelt ikke reformeres.

Er jordingssiden af ​​en DC-kondensator vigtig?

Ja. I de fleste strømforsyningsdesign er den negative terminal den fælles jord. Hvis du forbinder den positive terminal til jord og den negative terminal til den høje side, vil kondensatoren være omvendt forspændt og kan svigte. Kontroller skemaet før ledningsføring.

Sidste tjek, før du tænder for kredsløbet

Tilslut den polariserede kondensator korrekt og overhold spændingsgrænsen. Til AC- eller motorkredsløb skal du bruge ikke-polariserede motorkondensatorer og følge ledningsdiagrammet trykt på den gamle del. Til højspændings-DC eller strømforsyningskredsløb skal du tilføje balanceringsmodstande og en udladningsvej. For en motorreparation skal du kopiere kapacitans, spænding, temperatur og tolerance. Vent på, at restspændingen falder, og kontroller den mekaniske montering. En god forbindelse handler ikke kun om det skematiske symbol; det handler om ledningen, beslaget, terminalen og miljøet.