Зачем нужен конденсатор х2

Помехоподавляющие конденсаторы класса X2 от JB Capacitors

На склад Компэл поступили металлизированные полипропиленовые плёночные конденсаторы серии JFV компании JB Capacitors. Конденсаторы данной серии используются в цепях переменного тока и предназначены для подавления электромагнитных помех, возникающих в сети в процессе работы импульсных источников питания, сварочного оборудования, мощных генераторов, различных электромашин, силовых коммутационных ключей, мощных реле и других промышленных электротехнических устройств. Серия JFV – это конденсаторы класса защиты X2. Конденсаторы данного типа подключаются между фазами (line-to-line) и служат для подавления симметричной помехи (синфазная составляющая).

Применение конденсаторов серии JFV

Класс X2 выдерживает пиковые напряжения до 2.5 кВ, которые могут быть вызваны молнией или коммутационными процессами в соседнем оборудовании и в самом устройстве, где используется конденсатор и применяются в приложениях, где неисправность конденсатора не приведет к опасному удару электрическим током.

Отличительные характеристики:

• Диэлектрик: полипропилен
• Диапазон рабочих температур: -40…+110°С
• Номинальное напряжение 250 VAC, 275 VAC, 305 VAC, 310 VAC
• Номинальная емкость 0.001…2.2 мкФ
• Допустимое отклонение емкости ±10%
• Коэффициент рассеяния tgδ≤0.0010
• Соответствие стандартам VDE, ENEC, UL

Металлизированные полипропиленовые конденсаторы

Конденсаторы серии MPX класса X2 имеют конструкцию с металлизированным пленочным полипропиленовым диэлектриком. Медные радиальные выводы покрыты плакированной сталью. Конденсаторы герметизированы в пластмассовом корпусе эпоксидной смолой. Соответствуют наиболее известным стандартам безопасности, таким как EN132400, IEC384-14, VDE0565-1, UL1414, CSA22,2NO.1. Герметизация в материале UL94V-0

СПЕЦИФИКАЦИЯ:

1. Диапазон емкостей

: 275VAC 50/60 Гц (CSA, UL250VAC)

Стандартные

Размеры, мм

Зачем нужен конденсатор х2

В сетевых фильтрах часто используют хитрые конденсаторы с непонятными многим надписями — X1, Y2 итп. Это —
помехоподавляющие конденсаторы. Разобраться в том, зачем они нужны и чем отличаются от «просто конденсаторов» поможет эта статья.

Помех в сети всегда хватало — сначала они появлялись от щеточных двигателей, а теперь их в промышленных
масштабах производят импульсные блоки питания. То, что помехи — это плохо, лишний раз распинаться не стоит. Сетевое напряжения в крайних случаях выглядит как-то вот так:

Видно, что это сильно отличается от синусоиды, которая там должна быть.

Для того, чтобы избавиться от помех, нужно сформировать беспрепятственный путь, по которому ток помехи может вернутся к источнику. Обычно такой путь, по закону Мерфи, лежит через самое чувствительное оборудование.

Наша задача сделать так, чтобы помехам не «захотелось» залазить в «нежные места» наших схем, но дать току помех течь туда, куда он «хотел» течь (в нейтраль, к примеру). С другой стороны, можно не доводить сеть до плачевного состояния, не выпуская помехи за пределы устройства.

Для того, чтобы уменьшить помехи, применяют фильтры. Тип фильтра и даже его расположение зависит от конкретного случая. К примеру, если помехи создаются одним источником (двигателем, например), то лучше всего поместить фильтр поближе к этому источнику – замкнуть ток помехи (как на рисунке выше).

Если помехи создаются распределенной схемой в металлическом корпусе (компьютерный блок питания), то фильтр лучше поместить как можно ближе к сетевому шнуру – замкнуть ток помехи внутри корпуса и соединить корпус с самым “чистым” местом схемы, чтобы он сам не излучал.

На рисунке – типичная схема фильтра компьютерного блока питания. Красным показан путь излучаемой помехи, а зеленым – помехи, передающейся по проводам.

Помеха имеет две составляющих – синфазную и противофазную.

Противофазная составляющая помехи — это напряжение помехи между фазой и нейтралью. Для ее подавления используются конденсаторы типа X. Само название X происходит от английского “across-the-line”, буква X похожа на крест (“cross”). На рисунке выше, это конденсатор – C1.

К этим конденсаторам предъявляются такие требования – они должны выдерживать максимально допустимые в сети всплески, не загораться при выходе из строя и не поддерживать горение.

Сейчас используются два основных подкласса X-конденсаторов – X1 и X2.

X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4кВ.

X2 – самый распространенный класс конденсаторов. Используется в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250В, выдерживают всплеск до 2.5кВ.

Емкость X конденсаторов варьируется от 0.1мкФ до 1мкФ. Какую емкость нужно выбрать для данного конкретного прибора можно выяснить только с осциллографом.

Синфазная составляющая помехи — это напряжение помехи между обоими сетевыми проводами и корпусом устройства. Понять, что это такое и зачем нужно немного сложнее.

Рассмотрим типичный импульсный источник питания. Между первичной и вторичной обмоткой трансформатора T1 всегда есть паразитная емкость (нарисована зелененьким). Представим, что конденсатора C7 пока нет. Высокочастотные пульсации беспрепятственно проникают со стока транзистора (самое шумное место схемы!) на вторичную обмотку через зелененькую емкость. Таким образом, на всей выходной части блока питания присутствуют пульсации (с частотой блока питания) относительно заземления и обоих сетевых проводов. Напряжение эти пульсаций может доходить до тысяч вольт. Наш мега-чувствительный прибор будет излучать эти пульсации в эфир, а излучать помехи – это тоже самое, что ловить помехи только с обратным знаком. Прибору будет плохо.

Теперь добавим конденсатор C7. Ток помехи, который просочился через зеленый конденсатор теперь может вернуться туда, откуда взялся по более короткому и менее сложному пути, чем в предыдущем случае и в наш мега-чувствительный прибор ему больше течь не хочется!

Заметьте, что конденсатор C7 теперь связывает сеть с выходом блока питания! Но ведь это-же опасно! Человек, который дотронется одновременно к выходу такого блока питания (к корпусу устройства) и к заземлению (к батареи отопления, к примеру), получит заметный, но не страшный удар. А что будет, если конденсатор C7 сломается? Правильно, выход блока питания станет “электрическим стулом”. Именно поэтому и сделали конденсаторы типа Y – они предназначены для работы в тех местах, где выход их из строя угрожает жизни людей.

Конденсаторы Y – типа делятся на 2 основных класса

Y1 – Работают при номинальном сетевом напряжении до 250В и выдерживают импульсное напряжение до 8кВ

Y2 – Самый популярный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250В и выдерживает импульсы в 5кВ

Теперь немного фактов.

Конденсаторы Y типа можно использовать вместо конденсаторов X типа, но нельзя использовать конденсаторы X типа вместо конденсаторов Y типа.

Конденсаторы Y типа имеют обычно намного меньшую емкость, чем конденсаторы X типа.

Если для конденсаторов X типа чем больше емкости, тем лучше, то емкость конденсаторов Y типа нужно выбирать как можно меньшей. Типичное значение 2.2нФ уже прилично бьется, если хватануться за выход БП и за батарею.

Несмотря на все меры безопасности, производители рекомендуют вынимать вилку из розетки, когда вы на долго покидаете дом.

Рекомендую также почитать документ

CAPACITORS FOR RFI SUPPRESSION OF THE AC LINE: BASIC FACTS

Выбор плёночных конденсаторов для применения в Hi-Fi- и High-End-аудиотехнике. Часть 3. Практические расчёты

Использование конденсатора в качестве разделительного элемента

Конденсатор, включённый по схеме, изображённой на Рис. 1, называется разделительным (coupling capacitor — на английском).
Рис. 1. Фильтр высоких частот. Источник сигнала (источник переменного напряжения) через конденсатор работает на нагрузочное сопротивление R_н Цепь, изображённая на Рис. 1, является фильтром высоких частот первого порядка. В англоязычной литературе это звучит как high pass filter, а конденсатор, который подключён таким способом, называется разделительным или coupling capacitor. Так как реактивное сопротивление конденсатора определяется формулой то очевидно, что чем меньше частота, тем будет больше сопротивление. При частоте, равной 0 Гц, сопротивление будет бесконечно большим. Если рассмотреть переходной процесс, когда постоянное напряжение (f = 0 Гц) подается на разряженный конденсатор, то сначала пойдёт большой ток, величина которого будет определяться эквивалентным последовательным сопротивлением Конденсатор быстро зарядится, и после этого ток резко уменьшится практически до 0 А. Величина постоянного микротока утечки, который будет проходить через конденсатор, зависит от свойств диэлектрика в конденсаторе, то есть от величины тангенса диэлектрических потерь, о котором было сказано в предыдущей части статьи. Наилучшими характеристиками обладают плёночные и фольговые конденсаторы. Чем больше их номинальное напряжение, тем лучше изоляция, соответственно, меньше утечка. Именно поэтому в сигнальных цепях высококлассной аудиоаппаратуры используются плёночные или фольговые конденсаторы, часто превосходящие по номинальному показателю реальное максимально возможное рабочее напряжение в сотни и даже тысячи раз. Частота среза (f_c), то есть та частота, сигнал на которой ослабляется в (эквивалентно уменьшению на 3 dB по логарифмической шкале), (2) Из выражения (2) вытекает, что чем выше частота среза, тем должна быть меньше ёмкость конденсатора. Для хорошего прохождения сигнала через конденсатор его реактивное сопротивление X_c должно быть меньше сопротивления нагрузки R_н в 20 — 50 раз и более, тогда на нем теряется очень малая часть входного сигнала. Для наглядности посчитаем ёмкость разделительного конденсатора, который будет стоять на входе усилительного каскада со следующими параметрами: R_н = 100 кОм – входное сопротивление каскада F_c = 20 Гц – нижняя слышимая граница по уровню -3 дБ Пусть X_c = 1/50 Rн = 2000 Ом, тогда Так как такого номинала нет в линейке номиналов E24, и величина 4 мкФ находится в интервале 3,9 и 4,3 мкФ, то на практике можно выбрать любой доступный из них. Если выбрать 3,9 мкФ, то частота среза сместится вверх, а если 4,3 мкФ – то наоборот, вниз. Разделительные конденсаторы также используются для выделения высокочастотной составляющей из сигнала и нередко применяются в обработке аудиосигналов.

Использование конденсатора в качестве развязывающего

Рис. 2. Фильтр низких частот. Источник сигнала (переменного напряжения) работает на нагрузочное сопротивление R_н В данной схеме конденсатор выполняет функцию развязывающего элемента. Постоянную по напряжению часть сигнала развязывающие конденсаторы пропускают, в то время как переменная шунтируется на землю. Это происходит благодаря высокому реактивному сопротивлению (в идеальной модели оно стремится к бесконечности) конденсаторов для постоянных по напряжению сигналов (f=0), которое в значительной степени уменьшается для сигналов переменного напряжения (f>0). Таким образом, на выходе получается постоянное напряжение без помех (Рис. 3) Развязывающий конденсатор используется в качестве фильтра низких частот: шумовой сигнал погашается. Для фильтрации низкочастотных помех обычно выбирают конденсаторы с емкостью из диапазона от 1 до 100 мкФ. Рассмотрим применения конденсаторов на наглядном примере – схеме самого простого каскада усиления, изображённого на Рис. 4.
Рис. 4. Схема однокаскадного усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером на транзисторе обратной проводимости (n-p-n). На рис. 4 постоянная составляющая входного сигнала может создаваться источниками питания или предварительными усилительными каскадами, стоящими на входе данного усилителя. В цепях сигналов звуковой частоты постоянная составляющая входного сигнала влияет на качество выходного, привнося в него шум и искажения. В цепи, изображённой на Рис. 4, разделительный конденсатор C₁ стоит на входе усилителя перед источником сигнала V_s. Для предотвращения появления постоянного выходного сигнала к коллектору транзистора последовательно перед нагрузкой R_L подключён разделительный конденсатор C₂. Разделительные конденсаторы необходимы в цепях усилителей. Они используются во избежание наложения питания (+V_cc на Рис. 4) транзистора VT₁ на звуковые сигналы. В большинстве случаев это достигается включением конденсатора на входе усилителя, в нашем случае, на Рис. 4, перед базой транзистора. Если конденсатор подобран правильно, то постоянная составляющая входного сигнала будет полностью гаситься, а сигнал звуковой частоты будет свободен от искажений. Для осуществления местной отрицательной обратной связи к эмиттеру подсоединена цепь из параллельно подключённых резистора R_E и конденсатора C₃. Резистор R_E подбирается так, чтобы обеспечить нужное напряжение коллектор-эмиттер, и вместе с развязывающим конденсатором C₃ он обеспечивает хорошую термостабилизацию, поскольку изменение падения напряжения база-эмиттер при увеличении температуры на 20 градусов будет увеличивать ток база-коллектор на 15-25%, и наоборот, при уменьшении температуры, уменьшать ток в таких же пределах. Такие большие вариации в работе усилителя могут приводить к искажению звукового сигнала, и инженеры-разработчики их всегда избегают. Рассчитаем ёмкость конденсатора С₃ по формуле (2). Допустим, сопротивление резистора R_E = 440 Ом. Реактивное сопротивление конденсатора должно быть небольшим, не более 1/10, значит, оно будет равно 44 Ом, и нижняя граница частотного диапазона f = 20 Гц. Таким образом, ёмкость конденсатора будет равняться Ближайший по параметру конденсатор из ряда E12 будет на 180 мкФ.

Рассмотрим функцию конденсатора как источника энергии

Конденсаторы имеют способность заряжаться и отдавать энергию очень быстро, в той мере, насколько это требуется для конкретного применения. Плёночные конденсаторы используются в качестве местных источников питания в усилителях высокого класса (Рис. 5).
Рис. 5. Структурная схема высококлассного усилителя с плёночными конденсаторами для локального питания усилительных каскадов. Конденсаторы напрямую подсоединены к источнику питания и каскадам усиления. Когда происходит резкий динамический скачок в воспроизводимом аудиосигнале, требуется мгновенно обеспечить энергией усилительные каскады, которые не могут в полной мере получать общее питание от электролитических конденсаторов в схеме питания (Рис. 6) в силу следующих причин:

• электролитические конденсаторы обладают значительно более низкими импульсными характеристиками dI/dt и dU/dt по сравнению с плёночными: их значительно более высокое сопротивление и небольшие максимально допустимые токи заряда-разряда не позволяют обеспечить очень высокую импульсную мощность, необходимую для усиления без искажения сигнала;
• чаще всего их расположение в устройстве не оптимально с точки зрения пути доставки энергии. При высоких токах большое значение имеют сопротивление и индуктивность проводников, идущих до потребителей энергии. Чем ближе конденсатор находится к питаемому каскаду, тем лучше, так как потерь оказывается меньше.

Рис. 6. Структурная схема линейного источника питания усилителя. C_x – плёночный конденсатор Х1/Х2 класса для подавления высокочастотных помех. Как правило, на выходе источника питания усилителя стоит большая группа конденсаторов, подключённых параллельно. Их ёмкости, типы и назначения различны. С₁ – конденсаторы емкостью в десятые доли мкФ для фильтрации помех, С₂ – электролитические конденсаторы очень большой ёмкости (десятки тысяч мкФ) и C₃ – ёмкие плёночные конденсаторы (несколько мкФ) для компенсации «медлительности» электролитических потерь при высоких динамических нагрузках. Для цепей питания, как правило, не применяют плёночные конденсаторы самого высокого класса, которые необходимы для использования в качестве разделительных в цепях усиления или обработки аудиосигналов. Поэтому у производителей High-End-аппаратуры часто можно встретить не только полипропиленовые плёночные, но и полиэстеровые (PET, полиэтилентерфталатные) конденсаторы, которые имеют отличные ёмкостно-габаритные параметры при вполне подходящих для питания характеристиках: очень малого тангенса диэлектрических потерь и огромных импульсных токов.
Рис. 7. Усилитель высочайшего класса марки Plinius. Если же сравнить ёмкости разделительных конденсаторов, которые должны быть неполярными, и ёмкости развязывающих конденсаторов, которые стоят в эмиттерных или катодных цепях усилителей, а также в цепях питания микросхем и прочих активных элементов, то они будут отличаться на порядок. В цепях питания для поддержания и сглаживания импульсов от двухполупериодных выпрямителей, диодных мостов используются ещё более ёмкие конденсаторы с показателями в десятки тысяч микрофарад. Размеры плёночных конденсаторов таких ёмкостей очень большие, и их цены окажутся несоизмеримы с совокупной стоимостью всех остальных комплектующих устройства. При этом практических преимуществ перед электролитическими конденсаторами они в их области применения не будут иметь. Таким образом, сфера использования плёночных конденсаторов – прежде всего, в качестве разделительных элементов, а также в цепях фильтрации сигналов для филигранного влияния на звуковые сигналы.

Эту статью прочитали 24 430 раз

Статья входит в разделы: «Сделай сам»

Поделиться материалом: