31 пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ 2014

Зачем нужен конденсатор?

Единственная цель применения конденсаторов в автомобильных аудиосистемах - это борьба с просадками напряжения, т.е. стабилизация напряжения.

Просадки напряжения убили звук? Заряжай конденсатор!

Рис. 1. Конденсаторы - снаряды с электроэнергией.

Что плохого в просадках напряжения?

Наилучшее качество звучания и максимальную мощность усилители звука демонстрируют при стабильном напряжении 13,5 - 14 В. Но на практике, без применения конденсаторов, напряжение в системе питания далеко от идеала, а главное, совершенно не стабильно и проседает чуть ли не в такт музыке. При этом у любого усилителя звука значительно снижается эффективность работы, качество звучания и мощность.

Эффективности работы, т.е. уровень мощности и звуковых искажений любого усилителя звука напрямую зависит от напряжения на питающих клеммах.

Почему появляются просадки напряжения?

Во-первых , штатный автомобильный аккумулятор не способен отдавать большие токи достаточно быстро из-за своего большого внутреннего сопротивления (от 30мОм). В результате, вместо 13,5 - 14 В даже при работающем двигателе, особенно в моменты пиковой мощности, например, ударов по барабанам или другого басового импульса, напряжение может проседать на несколько вольт. Такое падение напряжения однозначно приводит к значительному снижению мощности и появлению звуковых искажений, ощутимых на слух даже неопытному слушателю.

Во-вторых , значительная удаленность аккумулятора от усилителей требует применения довольно длинных силовых кабелей. Любой кабель, даже если он сделан из меди и самого подходящего сечения имеет свое, пусть и небольшое сопротивление. Чем длиннее кабель, тем больше его сопротивление, тем больше он препятствует мгновенной передаче больших токов.

В-третьих , в электрической цепи присутствует множество соединительных элементов: держателей предохранителей, разветвителей питания, клемм и др. Каждый из этих элементов соединяет разные металлы, создавая так называемое переходное сопротивление. Конечно, качественные латунные соединительные элементы незначительно влияют на общие просадки напряжения. Однако, как правило, в погоне за ценой многие используют соединительные элементы из низкокачественных сплавов на основе цинка. Это приводит к энергетическим потерям на данных участках цепи.

Как конденсатор решает эту проблему?

Конденсатор или накопитель - это источник питания, который обладает мгновенной скоростью отдачи электроэнергии. Когда штатный аккумулятор и кабели “не успевают предоставить” очередную порцию энергии, усилитель мгновенно получает ее от конденсатора. Отдав частично или полностью свой заряд, конденсатор также мгновенно заряжается. Таким образом, конденсатор стабилизирует напряжение в системе питания.

Проведем аналогию. Представим, что электрический ток - это вода. Для максимально эффективной работы усилителям звука нужно много энергии, т.е. воды. Тогда штатный аккумулятор - это большая бутылка с узким горлышком. Через горлышко не может вылиться много воды сразу, которую требуют усилители звука для обработки мощного широкополосного сигнала или басового импульса. В таком случае, конденсатор - это ведро. Ведром можно быстро черпать и выливать большое количество воды. Таким образом и конденсатор мгновенно отдает и получает снова свой заряд, стабилизируя напряжение на питающих кабелях усилителя.

Рис. 2. Конденсаторы и штатный АКБ как ведро и бутылка.

Конденсатор конденсатору - рознь!

Подавляющее большинство автомобильных аудиосистем просто не может раскрыть свой потенциал ввиду отсутствия конденсаторов в системе питания. Однако, почему же так много споров и мифов по поводу необходимости их применения? К большому сожалению, значительное множество компаний производят низкокачественные конденсаторы, которые не имеют заявленных емкостей и тем более низкого сопротивления. Такие конденсаторы не снижают просадки напряжения, зато имеют красивую упаковку и низкую цену. Доступный товар всегда становится массовым. Отсюда и армия недовольных, считающих, что от конденсаторов нет толку. Подробнее о "пустышках", затмивших рынок caraudio, читайте в статье

Самый простой способ включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть, это с помощью одного фазосдвигающего конденсатора. В качестве такого конденсатора нужно использовать только неполярные конденсаторы, а не полевые (электролитические).

Фазосдвигающий конденсатор.

При подключении трехфазного электродвигателя к трехфазной сети пуск обеспечивается за счет переменного магнитного поля. А при подключении двигателя к однофазной сети достаточный сдвиг магнитного поля не создается, поэтому нужно использовать фазосдвигающий конденсатор.

Емкость фазосдвигающего конденсатора нужно рассчитать так:

• для соединения «треугольником» : Сф=4800 I/U;
• для соединения «звездой» : Сф=2800 I/U.

Об этих типах соединения можно подробнее ознакомиться :

В этих формулах: Сф – емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ; I– номинальный ток, А; U– напряжение сети, В.

В этой формуле такие сокращения: P – мощность электродвигателя, обязательно в кВт; cosф – коэффициент мощности; n – КПД двигателя.

Коэффициент мощности или смещения тока к напряжению, а также КПД электродвигателя указывается в паспорте или в табличке (шильдике) на двигателе. Значения эти двух показателей часто бывают одинаковыми и чаще всего равны 0,8-0,9.

Грубо можно определить емкость фазосдвигающего конденсатора так: Сф=70 P. Получается так, что на каждые 100 Вт нужно по 7мкФ емкости конденсатора, но это не точно.

В конечном итоге правильность определения емкости конденсатора покажет работа электродвигателя. Если двигатель не будет запускаться, значит, емкости мало. В случае, когда двигатель при работе сильно нагревается, значит, емкости много.

Рабочий конденсатор.

Найденной по предложенным формулам емкости фазосдвигающего конденсатора достаточно только для пуска трехфазного электродвигателя, не нагруженного. То есть, когда на валу двигателя нет никаких механических передач.

Рассчитанный конденсатор будет обеспечивать работу электродвигателя и когда он выйдет на рабочие обороты, поэтому такой конденсатор еще называется рабочим.

Пусковой конденсатор.

Ранее было сказано, что ненагруженный электродвигатель, то есть небольшой вентилятор, шлифовальный станок можно запустить от одного фазосдвигающего конденсатора. А вот, запустить сверлильный станок, циркулярную пилу, водяной насос уже не получиться запустить от одного конденсатора.

Чтобы запустить нагруженный электродвигатель нужно к имеющемуся фазосдвигающему конденсатору кратковременно добавить емкости. А конкретно, нужно уже к подсоединенному рабочему конденсатору подключить параллельно еще один фазосдвигающий конденсатор. Но только на короткое время на 2 – 3 секунды. Потому что когда электродвигатель наберет высокие обороты, через обмотку, к торой подключены два фазосдвигающих конденсатора, будет протекать завышенный ток. Большой ток нагреет обмотку электродвигателя, и разрушит ее изоляцию.

Подключенный дополнительно и параллельно конденсатор к уже имеющемуся фазосдвигающему (рабочему) конденсатору называется пусковым.

Для слабонагруженных электродвигателей вентиляторов, циркулярных пил, сверлильных станков емкость пускового конденсатора выбирается равной емкости рабочего конденсатора.

Для нагруженных двигателей водяных насосов, циркулярных пил нужно выбирать емкость пускового конденсатора в два раза больше, чем у рабочего.

Очень удобно, для точного подбора нужных емкостей фазосдвигающих конденсаторов (рабочего и пускового) собрать батарею параллельно соединенных конденсаторов. Конденсаторы соединенные вместе нужно взять небольшими емкостями 2, 4, 10, 15 мкФ.

При выборе по напряжению любого конденсатора нужно пользоваться универсальным правилом. Напряжение, на которое конденсатор рассчитан должно быть в 1,5 раз выше того напряжения, куда он будет подключен.

Если заглянуть внутрь корпуса любого электроприбора, можно увидеть множество различных компонентов, применяемых в современной схемотехнике. Разобраться, как работают все эти соединенные в единую систему резисторы, транзисторы, диоды и микросхемы, довольно сложно. Однако для того чтобы понять, зачем нужен конденсатор в электрических цепях, достаточно знаний школьного курса физики.

Устройство конденсатора и его свойства

Конденсатор состоит из двух или более электродов – обкладок, между которыми помещен слой диэлектрика. Такая конструкция обладает способностью накапливать электрический заряд при подключении к источнику напряжения. В качестве диэлектрика могут использоваться воздух или твердые вещества: бумага, слюда, керамика, оксидные пленки.

Основная характеристика конденсатора – постоянная или переменная электрическая емкость, измеряемая в фарадах. Она зависит от площади обкладок, зазора между ними и вида диэлектрика. Емкость конденсатора определяет два важнейших его свойства: способность накапливать энергию и зависимость проводимости от частоты пропускаемого сигнала, благодаря которым этот компонент получил широкое применение в электрических цепях.

Накопление энергии

Если подключить плоский конденсатор к источнику постоянного напряжения, на одном из его электродов будут постепенно собираться отрицательные заряды, а на другом – положительные. Данный процесс, называемый зарядкой, показан на рисунке. Его длительность зависит от значений емкости и активного сопротивления элементов цепи.

Наличие диэлектрика между обкладками препятствует протеканию заряженных частиц внутри устройства. Но в самой цепи в это время электрический ток будет существовать до тех пор, пока напряжения на конденсаторе и источнике не станут равны. Теперь, если отключить элемент питания от емкости, она сама будет являться своеобразной батарейкой, способной отдавать энергию в случае подсоединения нагрузки.

Зависимость сопротивления от частоты тока

Подключенный к цепи переменного тока конденсатор будет периодически перезаряжаться в соответствии с изменением полярности питающего напряжения. Таким образом, рассматриваемый электронный компонент, наряду с резисторами и катушками индуктивности, создает сопротивление Rс=1/(2πfC), где f – частота, С – емкость.

Как видно из представленной зависимости, конденсатор обладает высокой проводимостью по отношению к высокочастотным сигналам и слабо проводит низкочастотные. Сопротивление емкостного элемента в цепи постоянного тока будет бесконечно большим, что эквивалентно ее разрыву.

Изучив эти свойства, можно рассмотреть, зачем нужен конденсатор и где он используется.

Где применяются конденсаторы?

• Фильтры – устройства в радиоэлектронных, энергетических, акустических и других системах, предназначенные для пропускания сигналов в определенных диапазонах частот. Например, в обычном зарядном устройстве для мобильного телефона применяются конденсаторы для сглаживания напряжения за счет подавления высокочастотных составляющих.
• Колебательные контуры электронной аппаратуры. Их работа основана на том, что при включении конденсаторов в совокупности с катушкой индуктивности в цепи возникают периодические напряжения и токи.
• Формирователи импульсов, таймеры, аналоговые вычислительные устройства. В работе этих систем используется зависимость времени заряда конденсатора от величины емкости.
• Выпрямители с умножением напряжения, применяемые в том числе в рентгенотехнических установках, лазерах, ускорителях заряженных частиц. Здесь важнейшую роль играет свойство емкостного компонента накапливать энергию, сохранять и отдавать ее.

Конечно, это только самые распространенные устройства, где используются конденсаторы. Без них не обойдется ни одна сложная бытовая, автомобильная, промышленная, телекоммуникационная, силовая электронная аппаратура.

Многие владельцы довольно часто оказываются в ситуации, когда требуется подключить в гараже или на даче такое устройство, как трехфазный асинхронный двигатель к различному оборудованию, в качестве которого может выступать наждачный или сверлильный станок. При этом возникает проблема, поскольку источник рассчитан на однофазное напряжение. Что же здесь делать? На самом деле эту проблему решить довольно легко путем подключения агрегата по схемам, используемым для конденсаторных. Чтобы реализовать этот замысел, потребуются рабочее и пусковое устройство, часто именуемые как фазосдвигающие.

Для обеспечения правильной работы электродвигателя нужно рассчитать определённые параметры.

Для рабочего конденсатора

Чтобы подобрать эффективную емкость устройства, необходимо выполнить расчеты по формуле:

• I1 – номинальный показатель тока статора, для измерения которого применяют специальные клещи;
• Uсети – напряжение сети с одной фазой, (В).

После выполнения расчетов получится емкость рабочего конденсатора в мкФ.

Возможно для кого-то будет затруднительно рассчитать этот параметр по приведенной выше формуле. Однако в этом случае можно воспользоваться и другой схемой расчета емкости, где не нужно проводить столь сложных операций. Этот метод позволяет достаточно просто определить необходимый параметр на основании только мощности асинхронного двигателя.

Здесь достаточно помнить о том, что 100 Ватт мощности трехфазного агрегата должно соответствовать около 7 мкФ емкости рабочего конденсатора.

При расчётах нужно следить за током, который поступает на фазную обмотку статора в выбранном режиме. Недопустимым считается, если ток имеет большее значение, нежели номинальный показатель.

Для пускового конденсатора

Бывают ситуации, когда электродвигатель приходится включать в условиях большой нагрузки на валу. Тогда одного рабочего конденсатора будет недостаточно, поэтому к нему придется добавить пусковой конденсатор. Особенностью его работы является то, что он будет работать лишь в период пуска аппарата не более 3 секунд, чего используется ключ SA. Когда же ротор выйдет на уровень номинальной частоты вращения, прибор отключается.

Если по недосмотру владелец оставил включенными пусковые устройства, это приведет к образованию существенного перекоса по токам в фазах. В таких ситуациях высока вероятность перегрева двигателя. При определении емкости следует исходить из того, что величина этого параметра должна в 2,5-3 раза превосходить емкость рабочего конденсатора. Действуя подобным образом, можно добиться того, что пусковой момент двигателя достигает номинального показателя, в результате чего во время его запуска не возникает осложнений.

Для создания требуемой емкости конденсаторы могут подключаться по параллельной и последовательной схеме. Следует иметь в виду эксплуатация трехфазных агрегатов мощностью не более 1 кВт допускается в том случае, если их подключение осуществляется к однофазной сети при наличии исправного устройства. Причем здесь можно обойтись и без пускового конденсатора.

Тип

После расчетов нужно определить, какой тип конденсатора может использоваться для выбранной схемы

Наилучший вариант, когда применяется аналогичный тип для обоих конденсаторов. Обычно работу трехфазного двигателя обеспечивают бумажные пусковые конденсаторы, облаченные в стальной герметичный корпус типа МПГО, МБГП, КБП или МБГО.

Большая часть этих устройств выполнена в виде прямоугольника. Если взглянуть на корпус, то там приведены их характеристики:

• Емкость (мкФ);
• Рабочее напряжение (В).

Применение электролитических устройств

Используя бумажные пусковые конденсаторы, нужно помнить о следующем негативном моменте: они имеют довольно большие размеры, обеспечивая при этом небольшую емкость. По этой причине для эффективной работы трехфазного двигателя небольшой мощности приходится использовать достаточно большое количество конденсаторов. При желании бумажные можно заменить и электролитическими. В этом случае их необходимо подключать несколько иным способом, где обязательно должны присутствовать дополнительные элементы, представленные диодами и резисторами.

Однако специалисты не советуют использовать электролитические пусковые конденсаторы. Это связано с наличием у них серьезного недостатка, который проявляется в следующем: если диод не справится со своей задачей, на устройство начнет продаваться переменный ток, а это уже чревато его нагревом и последующим взрывом.

Другая причина состоит в том, что сегодня на рынке можно встретить улучшенные с металлизированным покрытием полипропиленовые пусковые модели переменного тока типа СВВ.

Чаще всего они рассчитаны на работу с напряжением 400-450 В. Как раз им и следует отдать предпочтение, учитывая, что они неоднократно показывали себя с хорошей стороны.

Напряжение

Рассматривая различные типы пусковых выпрямителей трехфазного двигателя, подключаемого к однофазной сети, следует принимать во внимание и такой параметр, как рабочее напряжение.

Ошибкой будет использование выпрямителя, показатель напряжения которого превышает на порядок требуемый. Помимо высоких затрат на его приобретение придется выделить для него больше места из-за его больших габаритов.

В то же время не стоит рассматривать модели, в которых напряжение имеет меньший показатель, нежели напряжение сети. Устройства с такими характеристиками не смогут эффективно выполнять свои функции и довольно скоро выйдут из строя.

Чтобы свести к не ошибиться при выборе рабочего напряжения, следует придерживаться следующей схемы расчета: итоговый параметр должен соответствовать произведению фактического напряжения сети и коэффициента 1,15, при этом расчетное значение должно составлять не менее 300 В.

В том случае, если выбираются бумажные выпрямители для работы в сети переменного напряжения, то их рабочее напряжение нужно разделить на 1,5-2. Поэтому рабочее напряжение для бумажного конденсатора, для которого производитель указал напряжение в 180 В, в условиях работы в сети переменного тока составит 90-120 В.

Дабы понять, как на практике реализуется идея подключение трехфазного электродвигателя к однофазной сети, выполним эксперимент с использованием агрегата АОЛ 22-4 мощностью 400 (Вт) . Главная задача, которая должна быть решена – запуск двигателя от однофазной сети с напряжением 220 В.

Используемый электродвигатель имеет следующие характеристики:

Помня о том, что используемый электродвигатель имеет небольшую мощность, при подключении его к однофазной сети можно купить лишь рабочий конденсатор.

Расчет емкости рабочего выпрямителя:

Пользуясь приведенными формулами, возьмем за среднее значение емкости рабочего выпрямителя показатель 25 мкФ. Здесь была выбрана несколько большая емкость, равная 10 мкФ. Так мы попытаемся выяснить, как влияет такое изменение на пуск аппарата.

Теперь нам необходимо купить выпрямители, в качестве последних будут использоваться конденсаторы типа МБГО. Далее на основе подготовленных выпрямителей выполняется сборка требуемой емкости.

В процессе работы следует помнить, что каждый такой выпрямитель имеет емкость 10 мкФ.

Если взять два конденсатора и соединить их друг с другом по параллельной схеме, то итоговая емкость составит 20 мкФ. При этом показатель рабочего напряжения будет равен 160В. Для достижения требуемого уровня в 320 В необходимо взять эти два выпрямитель и подключить их еще к такой же паре, конденсаторов, соединенных параллельно, но уже применив последовательную схему. В итоге суммарная емкость составит 10 мкФ. Когда батарея рабочих конденсаторов будет готова, подключаем ее к двигателю. Далее останется только запустить его в однофазной сети.

В процессе проведенного эксперимента с подключением двигателя к однофазной сети работа потребовала меньше времени и сил. Используя подобный агрегат с выбранной батареей выпрямителей, следует учесть, что его полезная мощность будет находиться на уровне до 70-80 % от номинальной мощности, при этом частота вращения ротора будет соответствовать номинальному показателю.

Важно: если используемый двигатель рассчитан на сеть напряжением 380/220 В, то при подключении к сети следует использовать схему «треугольник».

Обращайте внимание на содержание бирки: бывает так, что там приведено изображение звезды с напряжением 380 В. В этом случае правильную работу двигателя в сети можно обеспечить, выполнив следующие условия. Сперва придется «распотрошить» общую звезду, после чего соединить с клеммником 6 концов. Искать общую точку следует в лобовой части двигателя.

Видео: подключение однофазного двигателя в однофазную сеть

Решение об использовании пускового конденсатора следует принимать исходя из конкретных условий, чаще всего оказывается достаточно рабочего. Однако если используемый двигатель подвергается повышенной нагрузке, то эксплуатацию рекомендуется остановить. В этом случае необходимо правильно определить необходимую емкость устройства, чтобы обеспечить эффективную работу агрегата.

1. Для того чтоб не было просадки напряжения
2. Для устранения помех и пульсаций

Рассмотрим вариант (1):
Из школьного курса физики
1ампер X 1сек = 1 кулон,
1ампер X 1вольт = 1 ватт,
1ампер X 1ом = 1 вольт,
1фарада X 1вольт = 1 кулон.
Таким образом в конденсаторе запасается
1фарад Х 12 вольт = 12 кулон
Существует слух то что для киловаттника хватает 1 фарада (как обычно с потолка)
1000 ватт усилитель это 12 вольт Х 83 Ампер = то есть за 1 секунду 83 кулона
12 \ 83 = за 0,15 секунды разрядится конденсатор (до ноля), если к нему подсоединить усилитель напрямую без аккумулятора.
Но это в идеальном теоретическом расчете на самом деле,
после разряда конденсатора до 9 вольт он уже бесполезен (разряд электролитического конденсатора идет не равномерно, напряжение падает вначале быстро, а затем медленно, очень похоже на АКБ)
и даже если учесть что напряжение может быть 14 вольт все равно теоретически через 0,1 секунды конденсатор перестанет тянуть нагрузку, напряжение упадет ниже 9 вольт (если без АКБ)
НО! У нас происходит постоянная подпитка от аккумулятора (и м.б. генератора)
И конденсатор берет на себя только часть мощности
Какую? Ну если говорить о том что он нужен в любой системе значит 10% точно наверно берет, а если меньше тады *** он нужен?
Ладно 10% это 8 кулон… ну с натяжкой 0,5 секунды он будет реально помогать, а потом, что он есть, что его нет - разницы не будет! (пока громкость не убавишь)
а вдруг на конденсатор еще меньше нагрузка приходится?
Ну пусть 1% (хотя дешевле кабель потолще пробросить чем тратить на конденсатор деньги)
1% это 1 кулон вауу целых 6 секунд будет выполнять функции по энерго подпитке а потом (через 6 секунд громкой музыки) напряжение на усилителе будет таким же как если бы не было конденсатора.

Дык че же тогда получается зачем он этот загадочный конденсатор?

Рассмотрим вариант (2):
А зачем же тогда прожженные аудиофилы ставят конденсаторы?
Ответ прост: хороший конденсатор это оооочень хороший подавитель ВЧ помех (и НЧ конечно) и всякого рода пульсации тока, скачки напряжения при включении вентиляторов, сетевой шум, вот от этого он очень даже спасет.
и когда ваша супер-аудифильская система безукаризненно воспроизводит божественную музыку, вы же нехотите услышать в динамиках, что включился вентилятор двигателя (типа щелчёк), вот для этого и ставят

Аргументы за установку конденсатора выглядят примерно так:
! - у меня фары моргали в такт с музыкой, а теперь после установки конденсатора перестали…
Да так бывает, проблема моргания упирается в плохой аккумулятор и возможно слабый генератор, после установки конденсатора фары моргать не будут они плавно притухнут и так и будут притухшими пока громкость не убавить. Конденсатор в таком режиме долго не проживет, аккумулятор тоже, да и на генератор нагрузка большая.
В таком случае лучше заменить АКБ ведь стоимость конденсатора практически сравнима со стоимостью АКБ.

!: - у меня до установки конденсатора на басах было попёрдывание, а после установки перестало…
Значит усилитель имел поганый блок питания и стоил меньше конденсатора и скорей всего либо проводка либо АКБ не соответствуют нагрузке
Либо то и другое и третье

!: - Я заменил АКБ, поставил 4 конденсатора, а у меня генератор воет как тамбовский волк и фары моргают …
Возможно мощность у системы запредельная, примерно после 1500 Ватт уже можно задумываться о дополнительном специальном генераторе

Возможно будет критика, но все же…

ВЫВОДЫ
1. Учитывая что стоимость хорошего конденсатора сравнима со стоимостью хорошей АКБ, а ток разрядки даже простой АКБ около 300Ампер (3600 Ватт\час),
лучше поставить более емкую и мощную АКБ например оптиму (OPTIMA Batteries) ценою ~6000р. (ток 700-900А) или современный гелевый аккумулятор (как оптима почти) типа "Титан Gel", цена около 4000 (ток 500-600А).
2. Ставить конденсатор обязательно рядом с усилителем, в системе где проложены силовые провода соответствующие мощности, это полный бред, если кондер будет стоять рядом с АКБ или где-нибудь еще (между АКБ и усилителем, да даже если еще где) он будет так же качественно выполнять свою роль.
3. Если кабель питания не соответствует мощности системы, то даже поставив конденсатор рядом с усилителем, на него упадет слишком большая нагрузка, это все равно не решит проблему, это экономически не целесообразно.
4. 1фарад на 1 киловатт тоже соотношение совершенно непонятное, я не могу понять чем будет хуже 0,5 фарад на 1 киловатт или 2 Ф на 1Кв, нет разница конечно будет, но настолько незначительная, что о ней и говорить не надо
(конденсаторы Prology, Mystery, Fusion и т.п. вообще в расчет не берутся т.к. Г-полное