درک خازن های AC: یک راهنمای جامع

خازن ها اجزای اساسی در الکترونیک هستند و نقش مهمی در مدارهای مختلف دارند. در حالی که خازن های DC انرژی را در یک میدان الکتریکی استاتیک ذخیره می کنند ، خازن های AC به طور خاص برای کنترل جریان متناوب طراحی شده اند و ویژگی های منحصر به فردی را برای طیف گسترده ای از برنامه ها ارائه می دهند. این مقاله به پیچیدگی های خازن های AC ، کاوش در عملکرد ، برنامه های کاربردی ، مشخصات فنی و جنبه های مهم نگهداری و ایمنی می پردازد.

خازن AC در مقابل خازن DC: یک تمایز اساسی

تفاوت اصلی بین خازن های AC و DC در استفاده در نظر گرفته شده و ساخت داخلی آنها نهفته است. یک خازن DC (اغلب الکترولیتی یا سرامیک) برای مسدود کردن جریان DC در حالی که امکان عبور سیگنال های AC را فراهم می کند ، طراحی شده است. این دستگاه را به آرامی شارژ و تخلیه می کند ، و آن را برای فیلتر ، هموار سازی و برنامه های زمان بندی در مدارهای DC مناسب می کند.

از طرف دیگر ، یک خازن AC برای مقاومت در برابر چرخه های مداوم بار و تخلیه ذاتی در مدارهای AC ساخته شده است. در اصل به عنوان یک وسیله ذخیره انرژی موقت عمل می کند که به طور مداوم با تغییر قطبیت ولتاژ AC شارژ و تخلیه می شود. این خاصیت به خازن های AC اجازه می دهد تا فاز ، فیلتر سیگنال های AC را فیلتر کنند و ضریب توان در سیستم های AC را بهبود بخشند. بر خلاف خازن های DC ، بسیاری از خازن های AC غیر قطبی هستند ، به این معنی که می توانند از هر جهت متصل شوند.

چگونه خازن AC کار؟

یک خازن AC با مخالفت با تغییرات ولتاژ کار می کند. هنگامی که یک ولتاژ متناوب در یک خازن اعمال می شود ، صفحات به طور متناوب شارژ و تخلیه می شوند. با افزایش ولتاژ ، خازن شارژ می شود و جریان را ترسیم می کند. با سقوط ولتاژ ، خازن تخلیه می شود و جریان را آزاد می کند. این شارژ و تخلیه مداوم جریان پیشرو را با توجه به ولتاژ در یک مدار کاملاً خازنی ایجاد می کند. این اختلاف فاز برای بسیاری از برنامه های AC بسیار مهم است.

نماد خازن AC و نمودار

نماد شماتیک استاندارد برای یک خازن غیر قطبی (که بیشتر خازن های AC هستند) از دو خط موازی با طول مساوی تشکیل شده است. برای یک خازن قطبی (کمتر در کاربردهای AC خالص اما گاهی اوقات در مدارهای اصلاح شده AC به DC یافت می شود) ، یک خط دارای یک علامت به علاوه است ، یا خطی که ترمینال مثبت را نشان می دهد منحنی خواهد شد.

برنامه های خازن AC

خازن های AC در سیستم های الکتریکی مدرن فراگیر هستند. توانایی آنها در ذخیره و رهاسازی انرژی ، فاز تغییر و فیلتر کردن سیگنال ها باعث می شود که آنها در برنامه های متعدد ضروری باشند.

خازن AC در سیستم های HVAC

در سیستم های گرمایشی ، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) ، خازن های AC اجزای حیاتی برای عملکرد حرکتی هستند. آنها معمولاً به عنوان خازن شروع می شوند و خازن های کمپرسورها و موتورهای فن را اجرا می کنند. خازن های شروع باعث افزایش لحظه ای گشتاور برای شروع چرخش موتور می شوند ، در حالی که خازن های اجرا به حفظ یک میدان مغناطیسی پایدار ، بهبود راندمان حرکتی و فاکتور قدرت در حین کار مداوم کمک می کنند.

خازن AC برای موتورهای برقی

فراتر از HVAC ، خازن های AC به طور گسترده در موتورهای الکتریکی AC تک فاز مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. آنها به ایجاد یک میدان مغناطیسی در حال چرخش در سیم پیچ کمکی موتور کمک می کنند و به موتور اجازه می دهد تا به طور کارآمد شروع و کار کند. بدون آنها ، بسیاری از موتورهای تک فاز قادر به شروع خود نیستند.

خازن AC در مدارهای منبع تغذیه

در حالی که اغلب با فیلتر DC همراه است ، خازن های AC در مدارهای منبع تغذیه AC ، به ویژه در تصحیح فاکتور قدرت (PFC) نقش دارند. از آنها می توان برای جبران بارهای القایی (مانند موتورها) ، بهبود ضریب قدرت کلی سیستم و کاهش زباله های انرژی استفاده کرد. آنها همچنین در برخی از مدارهای تبدیل AC-AC استفاده می شوند.

خازن AC در برنامه های فن و پمپ

مشابه کاربردهای HVAC و موتور عمومی ، خازن های AC برای عملکرد کارآمد و قابل اعتماد فن ها و پمپ ها در تنظیمات مختلف صنعتی و داخلی بسیار مهم هستند. آنها از شروع صاف و اجرای مداوم این دستگاه های موتور محور اطمینان حاصل می کنند.

پارامترهای فنی خازن های AC

درک پارامترهای فنی کلیدی یک خازن AC برای انتخاب مؤلفه صحیح برای یک برنامه خاص ضروری است.

رتبه ولتاژ خازن AC

امتیاز ولتاژ حداکثر ولتاژ AC را نشان می دهد که خازن می تواند بدون شکستن با اطمینان در برابر مداوم مقاومت کند. انتخاب یک خازن با رتبه ولتاژ به طور قابل توجهی بالاتر از ولتاژ اوج AC که در مدار تجربه خواهد کرد برای اطمینان از قابلیت اطمینان و جلوگیری از خرابی بسیار مهم است.

دامنه خازن AC

خازن (اندازه گیری شده در Farads ، F ، اگرچه میکروفرادها ، $ \\ mu $ f ، برای خازن های AC رایج تر هستند) میزان شارژ را که خازن می تواند در یک ولتاژ معین ذخیره کند تعیین می کند. ظرفیت مورد نیاز بسته به کاربرد ، از مقادیر کوچک برای فیلتر کردن تا مقادیر بزرگتر برای شروع حرکتی و تصحیح فاکتور قدرت بسیار متفاوت است.

سازگاری فرکانس خازن AC

خازن های AC به گونه ای طراحی شده اند که در یک محدوده فرکانس خاص کار کنند. در حالی که بسیاری از خازن های AC با هدف کلی می توانند فرکانس های استاندارد خط برق را کنترل کنند (به عنوان مثال ، 50/60 هرتز) ، ممکن است خازن های تخصصی برای برنامه های فرکانس بالاتر برای به حداقل رساندن تلفات و اطمینان از عملکرد مناسب مورد نیاز باشد.

تحمل دمای خازن AC

تحمل دما دامنه دمای محیط را مشخص می کند که خازن می تواند بدون تخریب عملکرد یا طول عمر آن با اطمینان عمل کند. درجه حرارت بالا می تواند به طور قابل توجهی بر طول عمر و کارآیی یک خازن تأثیر بگذارد.

عدم موفقیت و حفظ خازن های AC

مانند همه اجزای الکترونیکی ، خازن های AC می توانند با گذشت زمان شکست بخورند. شناخت علائم نارسایی و انجام نگهداری مناسب برای قابلیت اطمینان سیستم بسیار مهم است.

علائم نارسایی خازن AC

علائم شایع یک خازن AC در حال شکست شامل موارد زیر است:

حرکات حرکتی اما شروع نمی شود: این یک علامت کلاسیک از خازن شروع یا اجرا معیوب در یک موتور است.
کاهش سرعت یا کارآیی موتور: یک خازن اجرا ضعیف می تواند منجر به کاهش عملکرد موتور شود.
با کلیک بر روی صداهای: در حالی که برای خود خازن کمتر رایج است ، اجزای مرتبط با آن ممکن است به دلیل خرابی خازن سر و صدایی ایجاد کنند.
گرمای بیش از حد: موتور یا اجزای اطراف ممکن است به دلیل عملکرد نامناسب خازن گرم شود.
نشانه های بصری: یک خازن جسمی یا نشت شده ، نشانه روشنی از عدم موفقیت است.

نحوه آزمایش خازن AC با مولتی متر

از یک مولتی متر با یک عملکرد تست خازن می توان برای بررسی خازن AC استفاده کرد. پس از تخلیه ایمن خازن ، مولتی متر را روی محدوده خازن تنظیم کرده و پروب ها را در پایانه های خازن وصل کنید. خواندن باید نزدیک به خازن خازن باشد. خواندن به طور قابل توجهی پایین ، صفر یا "OL" (اضافه بار) نشانگر خازن معیوب است. برای مولتی مترها بدون آزمایش خازن ، تنظیم تداوم یا مقاومت گاهی اوقات می تواند یک خازن کوتاه (مقاومت صفر) را نشان دهد اما نمی تواند ظرفیت مناسب را تأیید کند.

راهنمای جایگزینی خازن AC

تعویض خازن AC شامل چندین مرحله مهم است:

1. ایمنی اول: همیشه برق را به مدار جدا کنید و قبل از کار با خیال راحت خازن را تخلیه کنید.
2. خازن را مشخص کنید: نوع ، ولتاژ و خازن خازن موجود را یادداشت کنید.
سیم ها را جدا کنید: سیمهای متصل به خازن قدیمی را با دقت جدا کنید و در صورت عدم مشخص شدن موقعیت های آنها را ذکر کنید.
4. خازن جدید را نصب کنید: خازن جدید را وصل کنید و از سیم کشی صحیح اطمینان حاصل کنید.
5. خازن را ایمن کنید: خازن را محکم در براکت نصب خود ایمن کنید.
6. بازیابی قدرت: هنگامی که همه چیز به طور ایمن به هم متصل شد ، قدرت را بازیابی کنید و سیستم را آزمایش کنید.

چرا خازن های AC برآمد یا نشت می کنند؟

برآمدگی یا نشت یک نشانه شایع از خرابی خازن AC ، به ویژه در خازن های الکترولیتی است (هرچند که در خازن های موتور AC غیر قطبی کمتر رایج است ، که هنوز هم می تواند بدون علائم خارجی در داخل شکست بخورد). این به طور معمول به دلیل:

ولتاژ بیش از حد: بیش از رتبه ولتاژ خازن می تواند باعث تجزیه مواد دی الکتریک شود و گاز داخلی تولید کند.
گرمای بیش از حد: قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در دمای بالا می تواند تخریب الکترولیت و دی الکتریک را تسریع کند.
پیری: با گذشت زمان ، الکترولیت می تواند خشک یا از نظر شیمیایی تخریب شود و منجر به کاهش خازن و فشار داخلی شود.
نقص تولید: کمتر از این ، یک نقص تولید می تواند منجر به خرابی زودرس شود.

ایمنی و نصب خازن های AC

کار با خازن های AC به دلیل پتانسیل انرژی ذخیره شده و ولتاژهای بالا ، نیاز به پیروی دقیق از پروتکل های ایمنی دارد.

چگونه می توان با خیال راحت یک خازن AC را تخلیه کرد

هرگز پایانه های یک خازن AC شارژ شده را بدون تخلیه ابتدا لمس نکنید.
با خیال راحت یک خازن AC را تخلیه کنید:

1. برق را قطع کنید: اطمینان حاصل کنید که مدار کاملاً از انرژی استفاده می شود.
2. از یک مقاومت استفاده کنید: یک مقاومت با ارزش بالا (به عنوان مثال ، 20،000 اهم ، 5 وات) را در پایانه های خازن وصل کنید. مقاومت با خیال راحت انرژی ذخیره شده را به عنوان گرما از بین می برد.
3. صبر کنید و تأیید کنید: زمان کافی را برای تخلیه خازن (به طور معمول چند ثانیه تا یک دقیقه ، بسته به خازن و مقدار مقاومت) بگذارید. تخلیه را با یک ولت متر تنظیم شده روی ولتاژ AC در ترمینال ها تأیید کنید و اطمینان حاصل کنید که خواندن نزدیک به صفر است.
4. ابزارهای عایق: همیشه هنگام کار با خازن از ابزارهای عایق استفاده کنید.

نمودار سیم کشی خازن AC

نمودارهای سیم کشی برای خازن های AC بسته به کاربرد آنها بسیار متفاوت است.

خازن های شروع/اجرا برای موتورها: به طور معمول شامل اتصال خازن به صورت سری با سیم پیچ شروع و/یا موازی با سیم پیچ اجرا ، اغلب از طریق سوئیچ گریز از مرکز است.
تصحیح ضریب توان: خازن ها اغلب به طور موازی در سراسر بار القایی متصل می شوند.

همیشه هنگام نصب یا تعویض خازن AC ، به نمودار سیم کشی تجهیزات خاص یا یک شماتیک الکتریکی قابل اعتماد مراجعه کنید.

اقدامات احتیاطی نصب خازن AC

مدار را از بین ببرید: همیشه تأیید کنید که برق قبل از شروع هرگونه نصب خاموش است.
خازن قدیمی را تخلیه کنید: قبل از برداشتن آن ، خازن قدیمی را با خیال راحت تخلیه کنید.
جایگزین صحیح را انتخاب کنید: اطمینان حاصل کنید که خازن جدید با ولتاژ ، ظرفیت و نوع اصلی مطابقت دارد.
قطبیت مناسب (در صورت کاربرد): در حالی که بیشتر خازن های AC غیر قطبی هستند ، در صورت عدم اطمینان ، برای هرگونه علامت قطبی ، دو بررسی می کنند.
نصب ایمن: اطمینان حاصل کنید که خازن به طور ایمن نصب شده است تا از ارتعاشات و آسیب ها جلوگیری شود.
سیم کشی مناسب: تمام سیمها را به درستی و ایمن وصل کنید و از تماس الکتریکی خوبی اطمینان حاصل کنید.
تهویه: برای جلوگیری از گرمای بیش از حد ، از تهویه کافی در اطراف خازن اطمینان حاصل کنید.
تجهیزات محافظ شخصی (PPE): از عینک ایمنی و دستکش عایق استفاده کنید.

با درک این اصول کار ، کاربرد ، پارامترهای فنی و ایمنی ، افراد می توانند به طور مؤثر با خازن های AC کار کنند و از عملکرد قابل اعتماد و کارآمد سیستم های الکتریکی بی شماری اطمینان حاصل کنند. $ $