Der grundlegende Aufbau, das Funktionsprinzip und die Verwendung von Leistungskondensatoren

Wenn es um Impulsenergiespeicherkondensatoren geht, handelt es sich um Leistungskondensatoren , die hauptsächlich in Stromversorgungssystemen und elektrischen Geräten eingesetzt werden. Dieser Artikel informiert Sie über den grundlegenden Aufbau, das Funktionsprinzip und die Anwendungsmöglichkeiten von Leistungskondensatoren.

Leistungskondensatoren sind in Stromversorgungssystemen weit verbreitet. Sie werden hauptsächlich zur Trägerkommunikation und Messung, Steuerung, zum Schutz und zur Verbesserung des Leistungsfaktors von Stromversorgungssystemen eingesetzt, reduzieren Leitungsverluste, verbessern die Spannungsqualität und verbessern die Stromversorgungskapazität des Systems.

Die Grundstruktur des Leistungskondensators

Die Grundstruktur eines Leistungskondensators umfasst kapazitive Komponenten, Imprägniermittel, Befestigungselemente, Leitungen, Gehäuse und Hülsen. Am Beispiel des Kompensationskondensators ist das Strukturdiagramm in der folgenden Abbildung dargestellt.

Funktionsweise von Leistungskondensatoren

Unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes speichert ein Kondensator Ladungen auf seinen Platten, und im Medium zwischen den Platten wird ein elektrisches Feld aufgebaut. Der Kondensator speichert eine bestimmte Menge an Ladung und elektrischer Feldenergie.

Die Ladungsmenge auf den Kondensatorplatten ist direkt proportional zur Spannung am Kondensator. Das heißt: Je höher die Spannung zwischen den beiden Platten, desto mehr Ladungen sammeln sich auf den beiden Platten. Die Ladungsmenge wird durch q dargestellt,

Das heißt, q = CUC oder C = q/UC. In der Formel ist C die Kapazität, q die Ladung und UC die Klemmenspannung des Kondensators.

Die Kapazität C beschreibt die Fähigkeit eines Kondensators, Ladung zu speichern. Die Einheit ist Farad, dargestellt durch das Symbol F. In der Praxis wird üblicherweise Mikrofarad (µF) oder Picofarad (pF) als Einheit verwendet, da die Einheit Farad zu groß ist.

Die Größe der Kapazität C des Kondensators wird durch die geometrischen Abmessungen des Kondensatorkörpers (Plattenfläche und Dicke des Elektrodenmediums) und den Dielektrizitätskoeffizienten des Mediums bestimmt und hat nichts mit den äußeren Bedingungen (der Höhe der externen Spannung) zu tun. Um die Anforderungen an Betriebsspannung oder Blindleistungskapazität zu erfüllen, werden in der Praxis häufig einzelne Kondensatoren in Reihe oder parallel geschaltet, um eine Kondensatorbatterie für die Anwendung zu bilden.

Wenn die für die Arbeit benötigte Kapazität größer ist als die Kapazität eines einzelnen Kondensators, können mehrere Kondensatoren parallel geschaltet werden. Die äquivalente Gesamtkapazität nach der Parallelschaltung ist die Summe der Kapazitätswerte jedes Kondensators, d. h.

C =C+C2+C3+...

Wenn die Spannung eines einzelnen Kondensators kleiner als die Betriebsspannung ist, werden mehrere Kondensatoren in Reihe geschaltet, um den Spannungsbedarf zu decken. Der Kehrwert der äquivalenten Gesamtkapazität nach der Reihenschaltung ist gleich der Summe der reziproken Kapazitäten jeder Reihenschaltung, d. h.

1/C=1/C+1/C+/C+….

Klassifizierung der Leistungskondensatornutzung

1) Parallelkondensator: früher als Phasenschieberkondensator bekannt. Er wird hauptsächlich verwendet, um die Blindleistung induktiver Lasten in Stromversorgungssystemen zu kompensieren, den Leistungsfaktor zu erhöhen, die Spannungsqualität zu verbessern und Leitungsverluste zu reduzieren.
2) Reihenkondensatoren: werden in Reihe in Netzfrequenz- und Hochspannungsübertragungs- und -verteilungsleitungen geschaltet, um den verteilten induktiven Blindwiderstand der Leitung zu kompensieren, die statische und dynamische Stabilität des Systems zu verbessern, die Spannungsqualität der Leitung zu verbessern, die Stromübertragungsdistanz zu verlängern und die Übertragungskapazität zu erhöhen.
3) Kopplungskondensator: Wird hauptsächlich für die Hochfrequenzkommunikation, Messung, Steuerung und den Schutz von Hochspannungsleitungen sowie als Komponente in Geräten zur Gewinnung elektrischer Energie verwendet.
4) Leistungsschalterkondensator: früher bekannt als Spannungsausgleichskondensator. Die Parallelschaltung dient dem Spannungsausgleich in den Unterbrechungen des Ultrahochspannungsschalters und sorgt dafür, dass die Spannung zwischen den Unterbrechungen während des Ausschaltvorgangs und beim Trennen gleichmäßig bleibt. Dies kann auch die Lichtbogenlöscheigenschaften des Leistungsschalters verbessern und das Ausschaltvermögen erhöhen.
5) Elektrothermischer Kondensator: Wird in elektrischen Heizgeräten mit einer Frequenz von 40 bis 24.000 Hz verwendet, um den Leistungsfaktor zu erhöhen und die Spannungs- oder Frequenzeigenschaften des Stromkreises zu verbessern.
6) Impulskondensator: Er spielt hauptsächlich die Rolle der Energiespeicherung und wird als grundlegende Energiespeicherkomponente wie Impulsspannungsgeneratoren, Impulsstromgeneratoren und Schwingkreisen für Leistungsschaltertests verwendet.
7) Gleichstrom- und Filterkondensatoren: werden in Hochspannungs-Gleichstromgeräten und Hochspannungs-Gleichrichter- und Filtergeräten verwendet.
8) Standardkondensator: Wird in dielektrischen Verlustschaltungen für Hochspannungsmessungen bei Netzfrequenzen als Standardkondensator oder als kapazitives Spannungsteilergerät zur Messung von Hochspannung verwendet.