ตัวเก็บประจุไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์เก็บประจุและพลังงานจากสนามไฟฟ้า โดยทั่วไปประกอบด้วยตัวนำ (แผ่น) ที่คั่นด้วยชั้นอิเล็กทริก ความหนาของอิเล็กทริกนั้นเล็กกว่าขนาดของเพลตเสมอ ในวงจรไฟฟ้าสมมูล ตัวเก็บประจุจะแสดงด้วย 2 เซ็กเมนต์คู่ขนานแนวตั้ง (II)
ปริมาณและหน่วยวัดพื้นฐาน
มีปริมาณพื้นฐานหลายอย่างที่กำหนดตัวเก็บประจุ หนึ่งในนั้นคือความจุ (ตัวอักษรละติน C) และตัวที่สองคือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน (ละติน U) ความจุไฟฟ้า (หรือความจุไฟฟ้า) ในระบบ SI วัดเป็นฟารัด (F) ยิ่งกว่านั้นในฐานะหน่วยของความจุ 1 ฟารัด - นี่เยอะมาก - แทบจะไม่เคยใช้ในทางปฏิบัติเลย ตัวอย่างเช่น ประจุไฟฟ้าของโลกมีเพียง 710 microfarads ดังนั้น ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุในกรณีส่วนใหญ่จะถูกวัดในปริมาณที่ได้รับฟารัด: ใน picofarads (pF) ที่มีค่าความจุน้อยมาก (1 pF=1/106µF), ในไมโครฟารัด (µF) ที่ค่ามากพอ (1 uF=1/106 F) ในการคำนวณความจุไฟฟ้ามีความจำเป็นแบ่งจำนวนประจุที่สะสมระหว่างเพลตด้วยโมดูลัสของความต่างศักย์ระหว่างกัน (แรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุ) ประจุของตัวเก็บประจุในกรณีนี้คือประจุที่สะสมอยู่บนเพลตของอุปกรณ์ที่เป็นปัญหา บนตัวนำ 2 ตัวของอุปกรณ์ พวกมันเหมือนกันในโมดูลัส แต่มีเครื่องหมายต่างกัน ดังนั้นผลรวมของพวกมันจะเท่ากับศูนย์เสมอ ประจุของตัวเก็บประจุมีหน่วยเป็นคูลอมบ์ (C) และเขียนแทนด้วยตัวอักษร Q
แรงดันไฟบนเครื่องใช้ไฟฟ้า
หนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์ที่เรากำลังพิจารณาคือแรงดันพังทลาย - ความต่างศักย์ระหว่างตัวนำสองตัวของตัวเก็บประจุ ซึ่งนำไปสู่การสลายทางไฟฟ้าของชั้นไดอิเล็กตริก แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ไม่มีการสลายตัวของอุปกรณ์นั้นพิจารณาจากรูปร่างของตัวนำ คุณสมบัติของไดอิเล็กตริก และความหนาของอุปกรณ์ สภาวะการทำงานที่แรงดันไฟฟ้าบนเพลตของเครื่องใช้ไฟฟ้าอยู่ใกล้กับแรงดันพังทลายนั้นไม่เป็นที่ยอมรับ แรงดันไฟทำงานปกติของตัวเก็บประจุน้อยกว่าแรงดันพังทลายหลายเท่า (สองถึงสามครั้ง) ดังนั้นเมื่อเลือกให้ใส่ใจกับแรงดันไฟฟ้าและความจุที่กำหนด ในกรณีส่วนใหญ่ มูลค่าของปริมาณเหล่านี้จะระบุไว้ที่ตัวอุปกรณ์เองหรือในหนังสือเดินทาง การรวมตัวเก็บประจุในเครือข่ายสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่เกินแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดอาจเกิดความเสียหายและการเบี่ยงเบนของค่าความจุจากค่าเล็กน้อยสามารถนำไปสู่การปลดปล่อยฮาร์โมนิกที่สูงขึ้นในเครือข่ายและทำให้อุปกรณ์ร้อนเกินไป
ลักษณะของตัวเก็บประจุ
ออกแบบตัวเก็บประจุได้หลากหลายที่สุด ขึ้นอยู่กับค่าความจุไฟฟ้าของอุปกรณ์และวัตถุประสงค์ของอุปกรณ์ พารามิเตอร์ของอุปกรณ์ที่กำลังพิจารณาไม่ควรได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอก ดังนั้น เพลตจึงมีรูปร่างในลักษณะที่สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุไฟฟ้าจะกระจุกตัวอยู่ในช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างตัวนำของตัวเก็บประจุ ดังนั้นพวกมันจึงอาจประกอบด้วยทรงกลมที่มีศูนย์กลางสองอัน แผ่นแบนสองแผ่น หรือทรงกระบอกโคแอกเซียลสองอัน ดังนั้น ตัวเก็บประจุสามารถเป็นทรงกระบอก ทรงกลม และแบนได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวนำ
ตัวเก็บประจุถาวร
ตามลักษณะของการเปลี่ยนแปลงของความจุไฟฟ้า ตัวเก็บประจุจะถูกแบ่งออกเป็นอุปกรณ์ที่มีความจุคงที่หรือตัวแปรหรือทริมเมอร์ มาดูแต่ละประเภทกันดีกว่า อุปกรณ์ที่ความจุไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงาน กล่าวคือ เป็นค่าคงที่ (ค่าความจุยังคงผันผวนได้ภายในขีดจำกัดที่ยอมรับได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ) เป็นตัวเก็บประจุแบบตายตัว นอกจากนี้ยังมีเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เปลี่ยนกำลังไฟฟ้าระหว่างการใช้งานเรียกว่าตัวแปร
C ในตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับอะไร
ความจุไฟฟ้าขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของตัวนำและระยะห่างระหว่างกัน มีหลายวิธีในการเปลี่ยนการตั้งค่าเหล่านี้ พิจารณาตัวเก็บประจุซึ่งประกอบด้วยเพลตสองประเภท: แบบเคลื่อนย้ายได้และแบบตายตัว แผ่นที่เคลื่อนที่ได้จะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับแผ่นคงที่ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความจุของตัวเก็บประจุ แอนะล็อกแบบปรับได้ใช้เพื่อปรับแอนะล็อกอุปกรณ์ นอกจากนี้ยังสามารถเปลี่ยนความจุระหว่างการใช้งานได้อีกด้วย โดยทั่วไปแล้ว ตัวเก็บประจุแบบทริมเมอร์จะใช้เพื่อปรับแต่งอุปกรณ์ในโรงงาน เช่น เพื่อเลือกค่าความจุเชิงประจักษ์เมื่อไม่สามารถคำนวณได้
ตัวเก็บประจุในวงจร
อุปกรณ์ที่เป็นปัญหาในวงจร DC จะนำกระแสไฟในขณะที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายเท่านั้น (ในกรณีนี้ อุปกรณ์ถูกชาร์จหรือชาร์จใหม่กับแรงดันไฟต้นทาง) เมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จจนเต็มแล้ว จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เมื่ออุปกรณ์เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ กระบวนการคายประจุและการชาร์จจะสลับกัน คาบของการสลับกันจะเท่ากับคาบการสั่นของแรงดันไฟไซน์ที่ใช้
ลักษณะของตัวเก็บประจุ
ตัวเก็บประจุ ขึ้นอยู่กับสถานะของอิเล็กโทรไลต์และวัสดุที่ประกอบ อาจเป็นแบบแห้ง ของเหลว ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์ โลหะออกไซด์ ตัวเก็บประจุของเหลวระบายความร้อนได้ดี อุปกรณ์เหล่านี้สามารถทำงานภายใต้ภาระที่มีนัยสำคัญ และมีคุณสมบัติที่สำคัญ เช่น การซ่อมแซมตัวเองด้วยไดอิเล็กตริกในระหว่างการสลาย อุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดแห้งที่พิจารณาแล้วมีการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่าย การสูญเสียแรงดันไฟน้อยกว่าและกระแสไฟรั่วเล็กน้อย ปัจจุบันเป็นเครื่องใช้แบบแห้งที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ข้อได้เปรียบหลักของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าคือต้นทุนต่ำ ขนาดกะทัดรัด และความจุไฟฟ้าสูง แอนะล็อกของออกไซด์มีขั้ว (การเชื่อมต่อที่ไม่ถูกต้องนำไปสู่การสลาย)
วิธีเชื่อมต่อ
การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับวงจร DC มีดังต่อไปนี้: ขั้วบวก (ขั้วบวก) ของแหล่งจ่ายกระแสไฟเชื่อมต่อกับขั้วไฟฟ้าซึ่งหุ้มด้วยฟิล์มออกไซด์ การไม่ปฏิบัติตามข้อกำหนดนี้อาจส่งผลให้เกิดการสลายไดอิเล็กตริก ด้วยเหตุผลนี้เองที่ตัวเก็บประจุของเหลวต้องเชื่อมต่อกับวงจรที่มีแหล่งจ่ายกระแสสลับ โดยเชื่อมต่อสองส่วนที่เหมือนกันในอนุกรมตรงข้ามกัน หรือใช้ชั้นออกไซด์บนอิเล็กโทรดทั้งสอง ดังนั้นจึงได้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไม่มีขั้วซึ่งทำงานในเครือข่ายที่มีทั้งกระแสตรงและไซน์ แต่ในทั้งสองกรณี ความจุที่ได้จะกลายเป็นครึ่งหนึ่งมาก ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแบบขั้วเดียวมีขนาดใหญ่ แต่สามารถรวมไว้ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับได้
แอปพลิเคชั่นหลักของตัวเก็บประจุ
คำว่า "ตัวเก็บประจุ" สามารถได้ยินจากคนงานในสถานประกอบการอุตสาหกรรมและสถาบันการออกแบบต่างๆ เมื่อจัดการกับหลักการทำงาน ลักษณะ และกระบวนการทางกายภาพ เราจะหาคำตอบว่าทำไมตัวเก็บประจุจึงมีความจำเป็น เช่น ในระบบจ่ายไฟ? ในระบบเหล่านี้ แบตเตอรี่ถูกใช้อย่างกว้างขวางในการก่อสร้างและการสร้างใหม่ในสถานประกอบการอุตสาหกรรมเพื่อชดเชยพลังงานรีแอกทีฟของ RFC (การนำเครือข่ายออกจากกระแสเกินที่ไม่ต้องการ) ซึ่งช่วยลดต้นทุนค่าไฟฟ้า ประหยัดผลิตภัณฑ์เคเบิล และส่งมอบไฟฟ้าที่มีคุณภาพดียิ่งขึ้นแก่ผู้บริโภค. ทางเลือกที่เหมาะสมของกำลังไฟฟ้า วิธีการ และสถานที่เชื่อมต่อของแหล่งพลังงานปฏิกิริยา (Q) ในเครือข่ายระบบไฟฟ้ากำลัง (EPS)ผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจและทางเทคนิคของ EPS KRM มีสองประเภท: ตามขวางและตามยาว ด้วยการชดเชยตามขวาง ธนาคารตัวเก็บประจุจะเชื่อมต่อกับบัสบาร์ของสถานีย่อยพร้อมกับโหลดและเรียกว่า shunt (SHBK) ด้วยการชดเชยตามยาว แบตเตอรี่จะรวมอยู่ในการตัดสายไฟและเรียกว่า SPC (อุปกรณ์ชดเชยตามยาว) แบตเตอรี่ประกอบด้วยอุปกรณ์แต่ละตัวที่สามารถเชื่อมต่อได้หลายวิธี: ตัวเก็บประจุต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนาน เมื่อจำนวนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมเพิ่มขึ้น แรงดันไฟก็จะเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ APC ยังใช้เพื่อปรับสมดุลโหลดตามเฟส เพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของเตาอาร์คและแร่ความร้อน (เมื่อเปิด APC ผ่านหม้อแปลงพิเศษ)
ในวงจรเทียบเท่าของสายส่งไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าเกิน 110kV การนำประจุไฟฟ้าลงดินจะแสดงเป็นตัวเก็บประจุ แหล่งจ่ายไฟของสายไฟฟ้าเกิดจากความจุระหว่างตัวนำของเฟสต่างๆ และความจุที่เกิดจากสายเฟสและกราวด์ ดังนั้น ในการคำนวณโหมดการทำงานของเครือข่าย พารามิเตอร์ของสายส่งไฟฟ้า และกำหนดตำแหน่งที่เกิดความเสียหายต่อเครือข่ายไฟฟ้า คุณสมบัติของตัวเก็บประจุจึงถูกใช้
แอปพลิเคชั่นเพิ่มเติม
นอกจากนี้ยังสามารถได้ยินคำนี้จากพนักงานรถไฟ ทำไมพวกเขาต้องการตัวเก็บประจุ? สำหรับหัวรถจักรไฟฟ้าและหัวรถจักรดีเซล อุปกรณ์เหล่านี้ใช้เพื่อลดการเกิดประกายไฟของหน้าสัมผัสของอุปกรณ์ไฟฟ้า ขจัดกระแสพัลส์ที่เกิดจากวงจรเรียงกระแสและพัลซิ่งเบรกเกอร์ รวมถึงการสร้างแรงดันไฟฟ้าไซน์แบบสมมาตรที่ใช้กับมอเตอร์ไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม คำนี้มักได้ยินจากปากนักวิทยุสมัครเล่นบ่อยที่สุด ทำไมเขาถึงต้องการตัวเก็บประจุ? ในทางวิศวกรรมวิทยุ มีการใช้เพื่อสร้างการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง โดยเป็นส่วนหนึ่งของฟิลเตอร์ปรับให้เรียบ พาวเวอร์ซัพพลาย แอมพลิฟายเออร์ และแผงวงจรพิมพ์
ในกล่องเก็บของของผู้ขับขี่ทุกคน คุณจะพบเครื่องใช้ไฟฟ้าเหล่านี้สองสามชิ้น เหตุใดจึงต้องมีตัวเก็บประจุในรถยนต์? ใช้ในอุปกรณ์ขยายเสียงของระบบเสียงเพื่อการสร้างเสียงคุณภาพสูง