Milan Drozdy, 5ZP012 Použitie dielektrika v praxi

Transcript

1 Milan Drozdy, 5ZP012 Použitie dielektrika v raxi Dielektrikum je každá látka, ktorá sa olarizuje vo vonkajšom elektrickom oli. Pokiaľ dielektrikum neobsahuje voľné nosiče náboja (alebo ich obsahuje veľmi málo), označujeme ho ako izolant. Dielektrikum sa všeobecne vyznačuje malou mernou elektrickou vodivosťou..ďalšie dôležité vlastnosti (odľa alikácie) sú ermitivita (dielektrická konštanta), stratový uhol, rierazné naätie, mechanické vlastnosti, teelná vodivosť a iné. V elektrotechnike a elektronike sú oužívané ako materiál rôznych izolátorov, ako substrát re dosku lošných sojov, v kondenzátoroch a v mnohých iných alikáciách. Ja sa v tomto referáte zameriam na kondenzátory, kdeže som sa o nich učil na strednej škole. Použitie kondenzátorov v elektrotechnike je veľmi mnohostranné. V nízkofrekvenčnej technike sa oužívajú na oddelenie jednosmernej zložky signálu, v sätnoväzbových obvodoch umožňujú v korekčných obvodoch úravu frekvenčných charakteristík, vo vysokofrekvenčných obvodoch tvoria rvky rezonančných obvodov, v naájacích obvodoch majú funkciu filtračných členov atď. Rovinný kondenzátor vytvoríme dvoma kovovými elektródami, ktorých locha rekrytia je " a medzi ktorými je dielektrikum hrúbky d. Kaacitu takéhoto kondenzátora vyočítame odľa vzťahu:

2 Rovinný kondenzátor Podľa konštrukčného vyhotovenia sa rozlišujú dve základné skuiny kondenzátorov: evné kondenzátory ich kaacita je konštantná, a remenlivé kondenzátory ich kaacitu možno meniť v určitom rozsahu. Pevné kondenzátory Kondenzátory s aierovým dielektrikom sú vytvorené dvoma hliníkovými fóliami, medzi ktorými je ako dielektrikum šeciálny kondenzátorový aier (δr = 4 až 7). Celok je stočený do zvitku tak, aby kondenzátor mal čo najmenšiu indukčnosť. Zvitok je zaliaty do lastu alebo uložený v kovovom uzdre. Kondenzátory z metalizovaného aiera majú ako dielektrikum kondenzátorový aier, ktorý je o obidvoch stranách okovovaný (metalizovaný) obyčajne vrstvičkou hliníka. Proti aierovým kondenzátorom majú tú výhodu, že ri rieraze dielektriká sa vrstvička hliníka v mieste rierazu vyarí a kondenzátor možno oužívať ďalej. Kondenzátory s lastovou fóliou oužívajú ako dielektrikum fóliu hrubú 5 až 20 um (mikrometrov), ktorá môže byť z olystyrénu, terylénu alebo teflonu. Vyznačuje sa veľkou elektrickou evnosťou, malými stratami a veľkým izolačným odorom.

3 ľudové kondenzátory majú dielektrikum zo sľudy, na ktorej sa naarením alebo nastriekaním vrstvičky striebra vytvoria elektródy. Keramické kondenzátory majú dielektrikum vytvorené zo šeciálnej keramiky s vysokou omernou ermitivitou. Elektródy sú vytvorené naarením kovovej vrstvičky na keramiku. Majú malé dielektrické straty, najčastejšie sa oužívajú vo vysokofrekvenčnej technike. Elektrolytické kondenzátory majú ako dielektrikum tenkú vrstvičku oxidu, vytvorenú na hliníkovej alebo tantalovej elektróde. Elektrické sojenie dielektriká s druhou elektródou kondenzátora zabezečuje órovitá látka naustená elektrolytom. Elektróda s oxidom musí byť vždy olarizovaná kladne vzhľadom na druhú elektródu. Pri oačnej olarizácii elektród nastáva narušenie oxidu, kondenzátor sa sráva ako rezistor s malým odorom, zvýšeným rúdom sa dielektrikum ohrieva, narúša a môže nastať zničenie kondenzátora. Preto ri zaájaní týchto kondenzátorov do obvodov treba dodržiavať olaritu vyznačenú výrobcom na súčiastke. Kondenzátory s remenlivou kaacitou Kondenzátory s remenlivou kaacitou rozdeľujeme na ladiace a dolaďovacie. Ladiace kondenzátory sú vytvorené sústavou evných statorových elektród uložených izolovane v kovovom uzdre (vani). Medzi statoro-vé elektródy sa zasúva sústava rotorových elektród, ktoré sú vodivo sojené s vaňou. Vzájomným rekrývaním elektród sa zväčšuje kaacita. Dielektrikom medzi statorom a rotorom býva najčastejšie vzduch. Kaacita ladiaceho kondenzátora je daná vzťahom C = 0,08842ε ( n 1) d kde C je kaacita (F), δr omerná ermitivita, locha rekrytia elektród (m2), d vzdialenosť medzi elektródami (m),<>br n očet elektród kondenzátora.

4 Závislosť kaacity od uhla natočenia ladiaceho kondenzátora môže byt lineárna alebo nelineárna. Závisí to od tvaru elektród kondenzátora a vzájomného uloženia rotora roti statoru. Medzi charakteristické vlastnosti kondenzátorov atrí menovitá kaacita, menovité naätie, izolačný odor a stratový činiteľ tg δ. Menovitá kaacita je výrobcom redokladaná kaacita vyznačená na kondenzátore. kutočná hodnota sa líši od menovitej hodnoty v rozsahu tolerancie uvedenej výrobcom. Menovité naätie je také naätie, na ktoré je konštruovaný kondenzátor. Pri rekročení tohto naätia nastáva zvýšená tvorba tela a lynov a môže nastať zničenie kondenzátora. Vyznačuje sa na kondenzátoroch vo voltoch. Izolačný odor je odor medzi elektródami kondenzátora nameraný jednosmerným rúdom ri telote 20 C. Vytvorený je odorom dielektriká a izolácie, ktorá obklouje elektródy. Jeho hodnota 9 býva rádovo 10 Ω. Pri elektrolytických kondenzátoroch sa neuvádza. tratový činiteľ tg δ charakterizuje straty energie v kondenzátore, ktoré sú sôsobené stratami v dielektriku a zvodom medzi elektródami. Pre jednotlivé tyy kondenzátorov sa uvádza v katalógu. tratový činiteľ tg δ možno vyočítať aj zo vzťahov odvodených z fázorových diagramov náhradných obvodov kondenzátora, kde všetky straty v technickom kondenzátore sú vyjadrené stratovým odorom riojeným aralelne alebo sériovo k bezstratovemu (ideálnemu) kondenzátoru. Paralelný a sériový náhradný odor kondenzátora solu s ríslušnými fázorovými diagramami sú na nasledujúcich obrázkoch.

5 Náhradná schéma kondenzátora a jeho fázové diagramy. Paralelné zaojenie (a), sériové zaojenie (b) Na výočet treba oznať veľkosť stratového odoru a kaacitu kondenzátora. Potom z fázorového diagramu môžeme re aralelný náhradný obvod uviesť vzťah: tgδ = I I r c = R X 1 = ωc R Z fázového diagramu re sériový náhradný obvod latí: tg IR R δ s = = = C IX ωc R

6 hol δ sa nazýva stratový uhol, jeho veľkosť určujú stratové odory R a Rs. Paralelný a sériový náhradný obvod sú elektricky rovnocenné za redokladu R >> Rs (Rs = R tg δ, Cs = C). tratový činiteľ tg δ je frekvenčné závislý. Najmenší stratový činiteľ majú vzduchové kondenzátory, najväčší elektrolytické. 2 Anorganické dielektriká na výrobu kondenzátorov sa najviac oužívajú keramické dielektriká, najmä na základe: TiO2 (rutilová keramika) BaTiO3 ( feroelektrická keramika). Rutilová keramika sa označuje -stabilit, - rutilit - negatit Feroelektrické keramiky sa označujú ermitit. V raxi sa delia odľa charakteru závislosti ich relatívnej ermitivity od teloty. Ak je táto závislosť lineárna, charakterizuje sa telotným súčinitelom relatívnej ermitivity ktorý je definovaný odobne ako telotného súčinitela relatívnej ermitivity riadiť. 1. sk Kondenzátory s dielektrikom z rutilovej keramiky. Najmenšou hodnotou tejto veličiny má stabilit, ktorého relatívna ermitivita iba neatrne závisí od teloty. 2. sk atria sem keramiky ktorých závislosť relatívnej ermitivity od teloty je nelineárna. Majú rekordne vysoké hodnoty relatívnej ermitivity. ú to redovšetkým keramiky tyu ermitit.. 3. sk tvorí šeciálna olovodivá keramika suermit. Kondenzátory z tejto keramiky sa označujú ako kondenzátory tyu 3. Táto keramika má najvyššiu relatívnu ermitivitu zo všetkých u nás vyrábaných keramík. Dielektriká kondenzátorov tyu 2 a 3 sa označujú ako nelineárne nielen re charakter ich telotnej závislosti relatívnej ermitivity, ale redovšetkým re nelineárnu závislosť náboja na ich elektródach od naätia. Za ersektívne anorganické dielektrikumsa ovažuje aj sklo. Lístková sľuda sa ako kondenzátorové dielektrikum oužíva čoraz menej.

7 Rozmáha sa oužitie tenkovrstvových anorganických dielektrík, v ktorých funkciu dielektrika najčastejšie lnia rôzne oxidy (hliníkové a tantalové elektrolytické kondenzátory, tenkovrstvové kondenzátory na základe io a io2 a iné). Ako kondenzátorové dielektriká sa môžu využiť aj olovodiče. Ako kondenzátory s veľmi malou kaacitou sa dajú využiť nar. olovodičové diódy, ričom ich kaacitu možno v určitom, neveľmi širokom rozmedzí riadiť elektricky omocou zmeny hrúbky hradlovej vrstvy. Takéto kondenzátory sa nazývajú varikay.