آشنايي با خازن
آشنايي با خازن
خازن :
در اين پست از طرح هر گونه بحث رياضي و فرمولي پرهيز شده است.
خازن پس از مقاومت پر مصرف ترين قطعه غير فعال در مدارهاي الكترونيكي است كه مقدار انرژي الكتريكي را در خود ذخيره مي كند ودر هنگام لزوم به مدار پس ميدهد.
خازن از دو صفحه فلزی تشکیل شده است که بین این دو صفحه، یک جسم عایق (دی الکتریک) قرار دارد و معمولا جنس عایق از هرچه باشد، خازن را به همان نام نام گذاری می کنند،مثلا خازن سرامیکی خازنی است که عایقش سرامیک است و یا خازن میکایی خازنی است که عایقش میکا است و یا خازن الکترولیتی، خازنی است که عایق آن شیمیایی است.
همه ی خازن ها دو مشخصه اصلی دارند، یکی ظرفیت خازن و دیگری ولتاژ کار خازن است .
ظرفيت :
ظرفيت خازن معياري براي اندازه گيري توانائي نگهداري انرژي الكتريكي است .يعني هر چه ظرفيت زياد تر باشد خازن قادر به نگهداري انرژي الكتريكي بيشتري است . پس
توانایی خازن را در ذخیره بار الكتریكی، ظرفیت خازن گویند.
مساحت صفحات خازن، فاصله ی بین صفحات و نوع عایقی که در بین صفحات خازن است سه عاملی هستند که در تعیین ظرفیت خازن نقش اساسی دارند و از حاصلضرب فاصله صفحات بر حسب متر مربع در ضریب دی الکتریک خازن تقسیم بر فاصله دو صفحه بر حسب متر به دست می آید .
عوامل مؤثر بر ظرفیت خازن عبارتند از:
1.مساحت صفحات
2.فاصلة بین صفحات
3.دی الكتریك به كار رفته
4.اپسیلون نسب عایق دی الكتریك
هر قدر سطح مشترك صفحات خازن بیشتر باشد و ضخامت دیالكتریك (عایق) آن نازكتر، ظرفیت خازن بیشتر است .
ظرفیت خازن به جنس عایق نیز بستگی دارد .
خازنها با هر ظرفیتی وجود ندارند. بطور مثال خازنهای 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازنهای 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند. دلیل اینکار این است :
فرض کنیم بخواهیم خازنها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم. مثلاً 10 و 20 و 30 و. .. به همین ترتیب. در ابتدا خوب بنظر میرسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً 1000 برسیم چه رخ میدهد ؟
مثلاً 1000 و 1010 و 1020 و. .. که در اینصورت اختلاف بین خازن 1000 میکروفاراد با 1010 میکروفاراد بسیار کم است و فرقی با هم ندارند پس این مساله معقول بنظر نمیرسد. برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازنها، میتوان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد 10 استفاده نمود. مثلاً 7/4 - 47 - 470 و. .. و یا 2/2 - 220 - 2200 و.. .
انواع دیالكتریك (عایق) خازن:
هوا، تفلون، كاغذ آغشته به پارافین، روغن، میكا، اكسیدآلومینیوم، شیشه، سرامیك،
ولتاژ كار :
به مقدار ولتاژی که خازن می تواند در خود نگه دارد، ولتاژ کار خازن گویندکه بر روی خازن نوشته می شود و اگر بر روی خازنی ولتاژ کار نوشته نشده باشد، یعنی اینکه این خازن ولتاژ کارش 50 ولت است.به عبارت ديگر
حداكثر مقدار ولتاژ ماكزیمم ولتاژ كه خازن میتواند تحمل كند به طوریكه دی الكتریك آن آسیب نبیند
اگر بر روی خازنی 16 ولت ذکر شده باشد و ما ولتاژ بیشتری به آن بدهیم عایق بین صفحات تحمل آن را نداشته و باعث می شود به علت نزدیکی صفحات جرقه ایجاد شده و خازن منفجر شود و این بسیار خطرناک است، بعضی اوقات هم این عمل باعث نیم سوز شدن خازن می گردد که در اصطلاح به آن نشتی دار شدن خازن می گویند و خازن دیگر نمی تواند بر روی صفحاتش بار ذخیره کند و یک مقاومت در بین پایه های آن ایجاد می شود که باعث تخلیه و دشارژ خازن می شود .
شارژ و دشارژ خازن :
ابتدا صفحات خازن خنثي است و هيچ باري روي آن ها نيست هرگاه خازن به یک منبع ولتاژ متصل شود الكترون ها از قطب منفي منبع به طرف صفحه اي كه به اين قطب متصل است جاري شده و حركت مي كنند و در اثر القاء در صفحه مقابل بار مثبت به همان اندازه جمع مي شود وبارهاي منفي صفحه جذب قطب مثبت باتري مي گردد.(یک اختلاف پتانسیل میان دو قطب خازن ایجاد می شود،).به عبارتي الكترون ها از قطب منفي به قطب مثبت رفته وخازن شروع به شارژ شدن مي كند.شارژ خازن ادامه ميابد تا زماني كه ولتاژ خازن برابر ولتاژ منبع گردد.
بعد از اينكه ولتاژ خازن با ولتاژ باتري برابر شد جريان در مدار متوقف مي شود و صفر شدن جريان در مدار يعني اينكه خازن به صورت كامل شارژ شده است.
پس جريان شارژ خازن و ولتاژ دو سر آن مخالف يكديگر عمل مي كنند يعني در لحظه اي كه خازن به باتري وصل شده و مي خواهد شروع به شارژ شدن كند جريان مدار حداكثر و ولتاژ خازن صفر است .
به عبارت ديگر خازن در حالت شارژ و درهنگام وصل كليدهمانند اتصال كوتاه عمل مي كند وجريان مدار ماكزيمم است.
بعد از شارژ شدن همانند كليد باز عمل مي كندDCهمچنين خازن در مدار
پس به بيان عاميانه:
اگر به دو سر یک خازن، ولتاژی که درمحدوده ولتاژ کاری خازن مربوطه است، با رعایت کردن مثبت و منفی، وصل کنیم،خازن برق رادرخود ذخیره می کند که به این حالت، شارژ خازن گفته می شود
اکنون اگر بین دو پایه خازن جسمی قرار دهیم که بتواند این اختلاف پتانسیل را به صفر برساند يا با جدا شدن باتري از خازن به علت نشستي كه وجود دارد خازن تخليه مي شود.اين عمل را هم دشارژ خازن مي گويند .
مثلا
اگر خازنی را که شارژ شده به یک مصرف کننده مثلا یک لامپ وصل کنیم، برق ذخیره شده خازن خالی می شود که به این حالت دشارژخازن گفته می شود ، البتّه توجّه داشته باشید برای دشارژ خازن ازلامپ یا مصرف کننده ای استفاده کنید که ولتاژ کاری اش از ولتاژ کاری خازن پایین ترنباشد، درضمن اگراز لامپ برای دشارژ خازن استفاده می کنید اگرخازن شما ظرفیّتش بالا باشد و ولتاژش هم از ولتاژ لامپ کمترنباشد، یک لحظه ممکناست لامپ روش شود و سریع خاموش شود، وقتی لامپ خاموش شد خیالتان راحت باشد دیگه خازن خالی شده و خطری ندارد .
به پایه های خازن شارژ شده هیچ وقت دست نزنید چون ممکن است به شما شوک وارد کند واگر خازن خیلی بزرگ باشد حتّی باعث سوختگی دستان شما خواهد شد .
ثابت زماني خازن :
اگر خازني به تنهايي به منبع دي سي وصل شود سريع شارژ مي شود . شارژ شدن سريع خازن به آن علت است كه در مسير شارژ مقاومتي نيست اما اگر مقاومت به مدار اضافه كنيم زمان شارژ طولاني ميشود.زمان شارژ خازن از تعدادي زمان ثابت تشكيل شده كه اين زمان ثابت رو ثابت زماني مي گويند .و رابطه آن برابر است با :
T=RC
Tكه علامت ثابت زماني است ومدت زماني است كه ولتاژ خازن به 63.2 درصد ولتاژ كل دو سر خازن مي رسد.
در هر يك از ثابت زماني بعدي ، خازن به اندازه 63.2 درصد از ولتاژ باقيمانده شارژ مي شود كه پس از 5بار انجام اين عمل يا پس از اينكه 5 بار به اندازه 63.2 درصد ولتاژ باقي مانده از ولتاژ كل شارژ شد يا به عبارتي پس از 5 ثابت زماني ، خازن شارژ مي شود .
پس :
زمان شارژ و دشارژ خازن بستگي مستقيم به مقدار مقاومت وخازن دارد .
مقاومت خازنی یا راکتانس :
خازن ها وقتی در مداری مورد استفـــــاده قرار می گیرند، ازخودشان یک مقاومتی نشان میدهند که به این مقاومت، راکتانس یا مقاومت خازنی گفته می شود
كاربرد خازن :
خازن ها به عنوان صافی، جرقهگیر، پارازیتگیر، راهانداز موتور تك فاز، اصلاح ضریب قدرت مورد استفاده قرار میگیرد. اما اساسیترین كار خازن نگهداری انرژی الكتریكی است .
تست خازن :
الف)مولتي متر ديجيتال
براي تست خازن با مولتي متر ديجيتال بايد مولتي متر رادرحالت بيزر قرار داده سپس
در حالت مستقيم قرار مي دهيم اگر مولتي متر بوق زد وقطع شد بار ديگر بر عكس وصل
مي كنيم اگر بوق زد خازن سالم است (بوق در واقع شارژ و دشارژ شدن را نشان مي دهد) .
ب) مولتي متر آنالوگ
باتوجه به ساختمان داخلي اهم متر كه يك مقاومت با گالولنومتر و يك باتري سري هستند اگر خازني به پراب هاي اهم متروصل كنيد خازن در لحظه اول مانند كليد بسته عمل كرده وعقربه اهم متر به سرعت منحرف مي شود .پس از آن عقربه به آهستگي وپس از گذشت تقريبا 5 ثابت زماني در جهت عكس منحرف شده و مقدار بينهايت را نشان خواهد داد.
اين روش براي تست خازن هاي بزرگ است وبراي تست خازن با ظرفيت هاي كوچك بايد از دستگاه LC متر استفاده كنيم يا مداري با آن خازن ببنديم وبا تزريق ولتاژ AC و اندازه گيري ولتاژ و جريان ، آن را تست كنيم.
منبع :
-كتاب
-اينترنت
-اطلاعات شخصي