خازن

خازن ها انرژي الكتريكي را نگهداري مي كنند و به همراه مقاومت ها ، در مدارات تايمينگ استفاده مي شوند. همچنين از خازن ها براي صاف كردن سطح تغييرات ولتاژ مستقيم استفاده مي شود . از خازن ها در مدارات بعنوان فيلتر هم استفاده مي شود . زيرا خازن ها به راحتي سيگنالهاي غير مستقيم AC را عبور مي دهند ولي مانع عبور سيگنالهاي مستقيم DC مي شوند، خازن پس از

مقاومت پرمصرفترین قطعه غیر فعال میباشد .هر گاه دو هادی در فاصله ای از هم قرار صفحات خازن جوشن گفته می شود دو صفحه خازن در فاصله کمی از هم قرار دارند و در فاصله انها ماده عایق دی الکترکی قرار دارد که جنس ان نوع خازن را مشخص می کند عایق هائی مانند خازن پلاستیک ومیکا و… معمولی ترین موادی هستند که به عنوان عایق در خازن استفاده میشود .
ظرفيت :
ظرفيت معياري براي اندازه گيري توانائي نگهداري انرژي الكتريكي است . ظرفيت زياد بدين معني است كه خازن قادر به نگهداري انرژي الكتريكي بيشتري است . واحد اندازه گيري ظرفيت فاراد است . ۱ فاراد واحد بزرگي است و مشخص كننده ظرفيت بالا مي باشد . بنابراين استفاده از واحدهاي كوچكتر نيز در خازنها مرسوم است . ميكروفاراد µF ، نانوفاراد nF و پيكوفاراد pF واحدهاي كوچكتر فاراد هستند .
µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F

n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF
p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF
انواع مختلفي از خازن ها وجود دارند كه ميتوان از دو نوع اصلي آنها ، با پلاريته ( قطب دار ) و بدون پلاريته ( بدون قطب ) نام برد . خازنهاي قطب دار :
الف – خازن هاي الكترولي
در خازنهاي الكتروليت قطب مثبت و منفي بر روي بدنه آنها مشخص شده و بر اساس قطب ها در مدارات مورد استفاده قرار مي گيرند . دو نوع طراحي براي شكل اين خازن ها وجود دارد . يكي شكل اَكسيل كه در اين نوع پايه هاي
يكي در طرف راست و ديگري در طرف چپ قرار دارد و ديگري راديال كه در اين نوع هر دو پايه خازن در يك طرف آن قرار دارد . در شكل نمونه اي از خازن اكسيل و راديال نشان داده شده است .

در خازن هاي الكتروليت ظرفيت آنها بصورت يك عدد بر روي بدنه شان نوشته شده است . همچنين ولتاژ تحمل خازن ها نيز بر روي بدنه آنها نوشته شده و هنگام انتخاب يك خازن بايد اين ولتاژ مد نظر قرار گيرد . اين خازن ها آسيبي نمي بينند مگر اينكه با هويه داغ شوند .
ب – خازن هاي تانتاليوم
خازن هاي تانتاليم هم از نوع قطب دار هستند و مانند خازنهاي الكتروليت معمولاً ولتاژ كمي دارند . اين خازن ها معمولاً در سايز هاي كوچك و البته گران تهيه مي شوند و بنابراين يك ظرفيت بالا را در سايزي كوچك را ارائه مي دهند .
در خازنهاي تانتاليوم جديد ، ولتاژ و ظرفيت بر روي بدنه آنها نوشته شده ولي در انواع قديمي از يك نوار رنگي استفاده مي شود كه مثلا دو خط دارد ( براي دو رقم ) و يك نقطه رنگي براي تعداد صفرها وجود دارد كه ظرفيت بر حسب ميكروفاراد را مشخص مي كنند . براي دو رقم اول كدهاي استاندارد رنگي استفاده مي شود ولي براي تعداد صفرها و محل رنگي ، رنگ خاكستري به معني

× ۰٫۰۱ و رنگ سفيد به معني × ۰٫۱ است . نوار رنگي سوم نزديك به انتها ، ولتاژ را مشخص مي كند بطوري كه اگر اين خط زرد باشد ۳/۶ ولت ، مشكي ۱۰ ولت ، سبز ۱۶ ولت ، آبي ۲۰ ولت ، خاكستري ۲۵ ولت و سفيد ۳۰ ولت را نشان مي دهد . براي مثال رنگهاي آبي – خاكستري و نقطه سياه به معني ۶۸ ميكروفاراد است .آبي – خاكستري و نقطه سفيد به معني ۸/۶ ميكروفاراد است .
خازنهاي بدون قطب :
خازن هاي بدون قطب معمولا خازنهاي با ظرفيت كم هستند و ميتوان آنها را از هر طرف در م

دارات مورد استفاده قرار داد . اين خازنها در برابر گرما تحمل بيشتري دارند و در ولتاژهاي بالاتر مثلا ۵۰ ولت ، ۲۵۰ ولت و … عرضه مي شوند .

پيدا كردن ظرفيت اين خازنها كمي مشكل است چون انواع زيادي از اين نوع خازنها وجود دارد و سيستم هاي كد گذاري مختلفي براي آنها وجود دارد . در بسياري از خازن ها با ظرفيت كم ، ظرفيت بر روي خازن نوشته شده ولي هيچ واحد يا مضربي براي آن چاپ نشده و براي دانستن واحد بايد به دانش خودتان رجوع كنيد . براي مثال بر ۱/۰ به معني ۰٫۱µF يا ۱۰۰ نانوفاراد است . گاهي اوقات بر روي اين خازنها چنين نوشته مي شود ( ۴n7 ) به معني ۷/۴ نانوفاراد . در خازن هاي كوچك چنانچه نوشتن بر روي آنها مشكل باشد از شماره هاي كد دار بر روي خازن ها استفاده مي شود . در اين موارد عدد اول و دوم را نوشته و سپس به تعداد عدد سوم در مقابل آن صفر قرار دهيد تا ظرفيت بر حسب پيكوفاراد بدست ايد . بطور مثال اگر بر روي خازني عدد ۱۰۲ چاپ شده باشد ، ظرفيت برابر خواهد بود با ۱۰۰۰ پيكوفاراد يا ۱ نانوفاراد .
كد رنگي خازن ها : در خازن هاي پليستر براي سالهاي زيادي از كدهاي رنگي بر روي بدنه آنها استفاده مي شد . در اين كد ها سه رنگ اول ظرفيت را نشان مي دهند و رنگ چهارم تولرانس ا نشان مي دهد .
براي مثال قهوه اي – مشكي – نارنجي به معني ۱۰۰۰۰ پيكوفاراد يا ۱۰ نانوفاراد است .
خازن هاي پليستر امروزه به وفور در مدارات الكترونيك مورد استفاده قرار مي گيرند . اين خازنها در برابر حرارت زياد معيوب مي شوند و بنابراين هنگام لحيمكاري بايد به اين نكته توجه داشت .
كد رنگي خازنها سیاه ۰
قهوه ای ۱
قرمز ۲

نارنجی ۳
زرد ۴
سبز ۵
آبی ۶
بنفش ۷
خاکستری ۸
سفید ۹
انرژی ذخیره شده در خازن پر شدن یک خازن باعث بوجود آمدن بار ذخیره در روی آن می‌شود و این هم باعث می‌شود که انرژی روی صفحات ذخیره گردد. کل کاری که در فرآیند پر شدن خازن انجام می‌شود از طریق محاسبه بدست می‌آید. کاربرد خازن با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجمهای کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. خازن در اشکال مختلف ساخته می‌شود.

خازن وسیله‌ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می‌کند. اثر خازنی خاصیتی است که سب می‌شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعد از مدتی آزاد گردد. به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می‌توانند مقداری الکتریسیته را به صورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند. همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و متداولترین آنها خازنهای مسطح هستند.این نوع خازنها از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی الکتریک می‌نامند. خازنها به دو دسته کلی ثابت و متغیر تقسیم بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند.
بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند. خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه تقسیم می‌شوند: خازنهای ثابت و خازنهای متغیر.
خازنهائی که ظرفیت انها ثابت بوده و معمولا به نوع دی الکتریک ان شناخته می شود . میکا- الکترولیتی- شیمیائی- عدسی از این نوع می باشند
خازن هاي متغير : در مدارات تيونينگ راديوئي از اين خازن ها استفاده مي شود و به همين دليل به اين خازنها گاهي خازن تيونينگ هم اطلاق مي شود . ظرفيت اين خازن ها خيلي كم و در حدود ۱۰۰ تا ۵۰۰ پيكوفاراد است و بدليل ظرفيت پائين در مدارات تايمينگ مورد استفاده قرار نمي گيرند .در مدارات تايمينگ از خازن هاي ثابت استفاده مي شود و اگر نياز باشد دوره تناوب را تغيير دهيم ، اين عمل بكمك مقاومت انجام مي شود .

خازن هاي تريمر : خازن هاي تريمر خازن هاي متغيير كوچك و با ظرفيت بسيار پائين هستند . ظرفيت اين خازن ها از حدود ۱ تا ۱۰۰ پيكوفاراد ماست و بيشتر در تيونرهاي مدارات با فركانس بالا مورد استفاده قرار مي گيرند

.
درسالهاي اوليه هارمونيكها در صنايع چندان رايج نبودند.به خاطر مصرف كننده هاي خطي متعادل. مانند : موتورهاي القايي سه فاز،گرم كنندها وروشن كننده هاي ملتهب شونده تا درجه سفيدي و ….. اين بارهاي خطي جريان سينوسي اي در فركانسي برابر با فركانس ولتاژ مي كشند. بنابراين با اين تجهيزات اداره كل سيستم نسبتا با سلامتي بيشتري همراه بود. ولي پيشرفت سريع در الكترونيك صنعتي در كاربري صنعتي سبب بوجود آمدن بارهاي غير خطي صنعتي شد. در ساده ترين حالت ، بارهاي غيرخطي شكل موج بار غير سينوسي از شكل موج ولتاژ سينوسي رسم مي كنند (شكل موج جريان غير سينوسي).

پديدآورنده هاي اصلي بارهاي غير خطي درايوهاي AC / DC ، نرم راه اندازها ، يكسوسازهاي ۶ / ۱۲ فاز و … مي باشند. بارهاي غيرخطي شكل موج جريان را تخريب مي كنند. در عوض اين شكل موج جريان شكل موج ولتاژ را تخريب مي نمايد. بنابراين سامانه به سمت تخريب شكل موج در هر دوي ولتاژ و جريان مي شود. در اين مقاله سعي شده است تا بزباني هرچه ساده تر توضيحي در مورد نحوه عملكرد هارمونيك ها و راه كاري براي دوري از تاثير گذاري آنها بر خازنها ي نيرو ارائه شود.
اثر هارمونيك ها بر خازن

نقش خازنها به عنوان المان هاي الكتريكي و الكترونيكي كارآمد در صنايع مربوط به توليد و انتقال و توضيع امروزي غير قابل انكار است بگونه اي كه ديگر هرگز نمي توان چنين صنايعي را بدون وجود خازنهاي نيرو متصور شد.از اين رو شناخت كامل خازنها و عوامل تاثير گذار برآنها و حفظ و نگهداري و نظارت دقيق بر آنها ، براي افزايش طول عمر خازن ها و كار كرد بهينه آنها امري است الزامي و اجتناب ناپذير.

اساس هارمونيك ها :
اصولا هارمونيك ها آلوده سازي شكل موج را در اشكال سينوسي آنها نشان مي دهند. ولي فقط در مضارب فركانس اصلي . تخريب شكل موج را مي توان در فركانس هاي مختلف (مضارب فركانس اصلي) بعنوان يك نوسان دوره اي بوسيله آناليز فوريه تجزيه و تحليل كرد. در حال حاضر هارمونيكهاي فرد و زوج و مرتبه ۳ در اندازه هاي مختلف ضرايب فركانس هاي مختلف در سامانه هاي الكتريكي موجودند كه مستقيما تجهيزات سامانه الكتريكي را متاثر مي سازند. در معنايي وسيعتر هارمونيكهاي زوج و مرتبه ۳ هريك تلاش مي كنند كه ديگري را خنثي نمايند. ولي در مدت زماني كه بار نا متعادل است اين هارمونيك هاي زوج و مرتبه ۳ منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژي شديد مي شوند. با تمام احوال هارمونيك هاي فرد اول مانند هارمونيك پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و …. عملكرد اين تجهيزات الكتريكي را تحت تاثير قرار مي دهند. براي فهم بهتر تاثير هارمونيك ها ، شكل زير تاثير تخريب هارمونيك پنجم بر شكل موج سينوسي را نشان مي دهد :

هارمونيك هاي ولتاژ و جريان تاثيرات متفاوتي بر تجهيزات الكتريكي دارند. ولي عموما بيشتر تجهيزات الكتريكي به هارمونيكهاي ولتاژ بسيار حساس اند. تجهيزات اصلي نيرو مانند موتورها، خازن ها و غيره بوسيله هارمونيكهاي ولتاژ متاثر مي شوند. به طور عمده هارمونيكهاي جريان موجب تداخل مغناطيسي (Magnetic Interfrence) و همچنين موجب افزايش اتلاف در شبكه هاي توزيع مي شوند. هارمونيكهاي جريان وابسته به بار اند ، در حالي كه سطح هارمونيكهاي ولتاژ به پايداري سامانه تغذيه و هارمونيكهاي بار (هارمونيكهاي جريان) بستگي دارد. عموما هارمونيك هاي ولتاژ از هارمونيك هاي جريان كمتر خواهند بود.

تشديد:
اساسا تشديد سلفي – خازني در همه انواع بارها مشاهده مي شود. ولي اگر هارمونيك ها در شبكه توضيع شايع نباشند تاثير تشديد فرونشانده مي شود.در هر تركيب سلفي – خازني چه در حالت سري و چه در حالت موازي ، در فركانسي خاص تشديد رخ مي دهد كه اين فركانس خاص فركانس تشديد ناميده مي شود. فركانس تشديد فركانسي است كه در آن رآكتنس خازني (Xc) و رآكتنس القايي (XL) برابر هستند.
براي تركيبي مثالي براي بار صنعتي كه شامل اندوكتانس بار و يا رآكتنس ترانسفورماتور كه بعنوان XL عمل مي كند و رآكتنس خازن تصحيح ضريب توان كه بصورت Xc خودنمايي مي كند فركانس تشديدي برابر با LC خواهيم داشت . رآكتنس خازني متناسب با فركانس كاهش مي يابد (توجه : Xc با فركانس نسبت عكس دارد). در حاي كه رآكتنس القايي متناسب با آن افزايش مي يابد (توجه
XL با فركانس نسبت مستقيم دارد).اين فركانس تشديد به سبب متغير بودن الگوي بار متغير خواهد بود. اين مساله براي ظرفيت خازني ثابت كل براي اصلاح ضريب توان پيچيده تر است. براي درك صحيح اين پديده لازم است دو نوع وضعيت تشديد شامل حالت تشديد سري و حالت تشديد موازي مورد توجه قرار گيرند. اين دو امكان در زير توضيح داده مي شوند.
تشديد سري:
يك تركيب سري رآكتنس سلفي – خازني ، مدار تشديد سري شكل مي دهد كه در شكل زير نشان داده شده است.

به خاطر تركيب سري سلف و خازن ، در فركانس تشديد امپدانس كل به پايين ترين سطح كاهش مي يابد و اين امپدانس در فركانس تشديد طبيعتي مقاومتي دارد. بنا براين در فركانس تشديد رآكتنس خازني و رآكتنس سلفي (القايي) برابر هستند.اين امپدانس پايين براي توان ورودي در فركانس تشديد ، افزايش تواني جريان را نتيجه مي دهد.شكل داده شده زير رفتار امپدانس خالص در وضعيت تشديد سري را نشان مي دهد.

 

در كاربري صنعتي رآكتنس ترانسفورماتور قدرت به علاوه خازنهاي اصلاح ضريب توان در سمت ولتاژ پايين به عنوان يك مدار تشديد موازي براي سمت ولتاژ بالاي ترانسفورماتور عمل مي كند. اگر اين فركانس تشديد تركيب سلف و خازن بر فركانس هارمونيك شايع در صنعت منطبق شود ، بخاطر بستري با امپدانس پايين ارائه شده توسط خازن ها براي هارمونيك ها ، منجر به افزايش تواني جريان خازن ها خواهد شد. از اين رو خازن هاي ولتاژ پايين در سطحي بسيار بالا اضافه بار پيدا خواهند كرد كه همچنين اين عمل موجب تحميل بار اضافي بر ترانسفورماتور مي شود. اين پديده منجر به تخريب ولتاژ در شبكه ولتاژ پايين مي شود.