Историческая справка. Вообще название конденсатор было введено в конце XVIII века, когда существовало представление об электрических жидкостях и

Вообще название "конденсатор" было введено в конце XVIII века, когда существовало представление об "электрических жидкостях" и конденсатор рассматривался как прибор для сгущения, конденсирования этих жидкостей. Сейчас это устарелое название сохраняется еще во всех языках, кроме английского, где вместо старого термина condenser уже широко применяется термин capacitor. В отечественной технической литературе распространенным термином является сочетание "емкость конденсатора", когда говорят о величине емкости.

Первые сведения о конденсаторах относятся к середине XVIII века. Эти конденсаторы представляли собой стеклянные сосуды, наполненные водой, служившей первой обкладкой и присоединяемой к электростатическому генератору. Второй обкладкой служила ладонь экспериментатора, прикладываемая ко дну стеклянного сосуда Применение конденсатора позволяло резко усилить эффект от разряда маломощного электростатического генератора, являвшегося в то время единственным источником электроэнергии.

Приоритет в изобретении конденсатора сначала приписывали ван Мушенброку, профессору Лейденского университета (Голландия). Отсюда появилось название "Лейденская банка" для стеклянного конденсатора. Однако правильнее считать изобретателем конденсатора Эвальда Георга фон Клейста, прелата собора в г. Камине (Германия) [39]. Дата изобретения конденсатора - 11 октября 1745 г. Первые сведения о появлении конденсаторов в России относятся к 1752 г. Стеклянные банки, наполненные дробью и обклеенные снаружи металлической фольгой, применялись М. В. Ломоносовым и Г. Рихтером при исследовании атмосферного электричества.

Начало технического применения конденсаторов относится к середине XIX века. В 1856 г. был выдан английский патент Исхаму Баггсу на использование разряда стеклянных конденсаторов для зажигания газовых ламп, а также для целей телеграфирования, что можно считать первым применением конденсаторов в технике связи. В 1877 г. П. Н. Яблочкову был выдан французский патент на "систему распределения и усиления атмосферным электричеством токов, получаемых от одного источника света с целью одновременного питания нескольких светильников". Эту дату можно считать началом применения конденсаторов в силовой электротехнике.

До конца XIX века техническое использование конденсаторов имело ограниченный характер. Необходимость их широкого промышленного производства возникла только после изобретения радио в 1895 г. А. С. Поповым. В связи с быстрым развитием производства радиостанций, прежде всего для военно-морского флота, уже в первые годы XX века за рубежом возникает ряд фирм, специализирующихся на изготовлении конденсаторов.

Кроме электроники и электроэнергетики, конденсаторы применяют и в других, неэлектротехнических областях техники и промышленности, в частности, в металлообработке - в высокочастотных установках для плавки и термической обработки металлов; в электроэрозионных (электроискровых) установках; для магнитоимпульсной обработки металлов; в добывающей промышленности (угольной, металлорудной и т.п.) - в рудничном транспорте на конденсаторных электровозах нормальной и повышенной частоты (бесконтактных); в электровзрывных устройствах; в устройствах с использованием электрогидравлического эффекта и т.д.

Использование конденсаторов для хранения энергии. Двухслойные конденсаторы обладают многочисленными преимуществами в различных областях применения, где требуется хранение энергии, например, источников бесперебойного питания, дорожных знаков и маяков с солнечными батареями, электромобилей и так далее. Однако, для получения максимального эффекта от использования этих устройств, разработчики должны ясно понимать особенности их функционирования, а также нагрузочные характеристики. В данной статье подробно описываются возможности таких устройств.

Слова "разрядка" и "зарядка" у основной массы людей ассоциируются с аккумуляторными батареями, со всеми вытекающими отсюда сложностями в обеспечении правильного режима эксплуатации и зарядки, непосредственно влияющими на срок их службы. Двухслойные конденсаторы не требуют использования сложных зарядных устройств. Тем не менее, для получения максимальной эффективности, от разработчиков требуется глубокое понимание всех физических процессов, используемых в данной технологии, а также правильных схемотехнических решений.

В эквивалентную схему двухслойного конденсатора (несколько определённым образом включённых конденсаторов) входят не только собственно емкостные элементы, но и резисторы. Они определяются конечным сопротивлением изолирующего материала, ненулевым сопротивлением электролита и контактами активных частиц углерода (рис. 1). Конденсатор C1 заряжается через сопротивление R+R, а конденсатор C2 - уже через R+R+R. Таким образом для полной зарядки конденсатора C2 требуется несколько большее время по сравнению с конденсатором С1. Если какой-либо конденсатор не полностью заряжен или разряжен, это приводит к изменению вида зарядной характеристики и некоторой потере напряжения в результате выравнивания зарядов на нескольких конденсаторах. Этот эффект должен быть принят во внимание при попытках измерить ёмкость таких устройств.

Использование конденсаторов для понижения напряжения, подаваемого на нагрузку от осветительной сети, имеет давнюю историю. В 50-е годы радиолюбители широко применяли в бестрансформаторных источниках питания радиоприемников конденсаторы, которые включали последовательно в цепь нитей накала радиоламп. Это позволяло устранить гасящий резистор, являющийся источником нагрева всей конструкции. В последнее время заметен возврат интереса к источникам питания с гасящим конденсатором; в недавних публикациях [1, 2] подробно рассмотрены варианты таких конструкций и их расчет. Присущий всем без исключения подобным устройствам недостаток - повышенная опасность из-за гальванической связи выхода с электрической сетью - ясно осознается, но допускается в расчете на грамотность и аккуратность пользователя. Однако эти сдерживающие факторы недостаточны, чтобы уберечь от беды, отчего бестрансформаторные устройства могут иметь лишь весьма ограниченное применение.

Автор попробовал подойти к вопросу с несколько иных позиций. Зададимся вопросом: станет ли радиолюбитель рисковать, строя источник по одной из упомянутых схем, если имеется возможность использовать готовый, тем более малогабаритный трансформатор? Вряд ли. На такое решение он пойдет, скорее всего, не имея такого изделия и пасуя перед самостоятельным изготовлением. Понять это нетрудно: ведь для намотки 5...6 тысяч витков сверхтонкого (0,05 мм) провода не обойтись без намоточного станка со счетчиком и соответствующих навыков.

Здесь может представлять интерес компромиссный вариант источника, обеспечивающий электробезопасность, с гасящим конденсатором и простым, доступным начинающему радиолюбителю трансформатором. Таким трансформатор получится, если напряжение на его первичной обмотке ограничить значением около 30 В. Для этого достаточно 600...650 витков сравнительно толстого, удобного при намотке провода; ради упрощения, можно для обеих обмоток использовать один и тот же провод. Излишек напряжения здесь примет на себя конденсатор, включенный последовательно с первичной обмоткой (конденсатор должен быть рассчитан на номинальное напряжение не менее 400 В). По такому принципу целесообразно организовывать питание низковольтных нагрузок с током в первичной цепи (с учетом небольшого коэффициента трансформации) до 0,5 А.

На рис. 1 представлена схема подобного устройства, подходящего для работы с гирляндой из светодиодов настольной миниелочки или для аудиоплейера. Включение светодиодов (8-10 штук) производится параллельно (рис. 2); при этом устраняется обычная путаница проводов, их легче сделать незаметными в "хвое" ствола и веточек. Трансформатор можно собрать на магнитопроводе Ш 12х15. Для намотки подойдет провод ПЭВ-1 диаметром 0,16 мм; число витков первичной и вторичной обмоток - 600 и 120...140 соответственно. Изготовить такой трансформатор удастся, как говорится, "на коленке". Электрическую прочность не менее 2 кВ обеспечит изоляционная прокладка между обмотками из лавсановой пленки толщиной 0,1 мм или конденсаторной бумаги.

Для того чтобы устройство не вышло из строя при отключении нагрузки [1], к выходу моста VD1-VD4 следует подключить стабилитрон Д815Г. В нормальном режиме он не работает, поскольку имеет минимальное напряжение стабилизации выше рабочего на выходе моста. Предохранитель FU1 защищает трансформатор и стабилизатор при пробое конденсатора С1.

Дата добавления: 2015-06-04