Электроника и схемотехника, учебное пособие, Щ.А.С., О.А.Г

21

Полное обозначение допускаемого отклонения состоит из цифр, а кодированное – из буквы. В связи с тем, что буквенное обозначение допусков изменялось и на практике могут встречаться различные варианты, в табл. 1.1 приведены кодированные обозначения допусков по стандартам, публикациям Международной электротехнической комиссии (МЭК) разрабатываемому стандарту.

На постоянных резисторах в соответствии с ГОСТ 17598-72 и требования Публикации 62 МЭК допускается маркировка цветным кодом. Еѐ наносят знаками в виде кругов или полос. Для маркировки цветным кодом номинальное сопротивление резисторов в омах выражается двумя или тремя цифрами (в случае трех цифр последняя цифра не равна 0) и множителем 10", где n - любое число от минус 2 до плюс 9.

Таблица 1.1

Маркировочные знаки сдвигают к одному из торцов резистора и располагают слева направо в следующем порядке:

Для резисторов с номинальным сопротивлением, выраженным тремя цифрами и множителем, цветная маркировка состоит из пяти знаков:первые две цифры обозначают номинал, третья – множитель, а последние – допуск.

Если размеры резистора не позволяют разместить маркировку ближе к одному из торцов резистора, площадь первого знака делается приблизительно в 2 раза больше площади других знаков, как это показано на рис. 1.5 н 1.6. Знаки маркировки значения номинального сопротивления н допусков должны соответствовать цветам, указанным в табл. 1.2.

Таблица 1.2

22

Примеры цветной маркировки резисторов приведены на рис, 1.6 и 1.7.

2.1.КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ

Конденсатор электрический - система, состоящая из металлических проводящих пластин (электродов) и какого-либо изолирующего материала (диэлектрика) между ними. Принятое по ГОСТ 2.755-74 изображение конденсатора приведено на рис. 2.1.

Рис. 2.1

При включении конденсатор электрический под напряжение он заряжается и на его электродах сосредоточиваются равные и противоположные по знаку заряды. Будучи от-

23

ключен от источника тока, конденсатор электрический сохраняет запас электрической энергии, которую можно вновь получить от него, замкнув электроды каким-либо сопротивлением. Емкостью С конденсатора называется величина, измеряемая отношением заряда Q на одном из электродов к разности потенциалов U=U1 – U2 >0 между ними: C=

Q/ U .

Емкость электрического конденсатора зависит от величины поверхности и формы пластин, расстояния между ними и электрической проницаемости разделяющей их среды. По форме конденсаторы электрические делятся на плоские, цилиндрические, сферические. По материалу диэлектриков электрических конденсаторов бумажные, слюдяные, воздушные, электролитические и др. По конструкции конденсаторы электрические бывают постоянной и переменной емкости. Конденсаторы электрические широко используются в радиотехнических и электротехнических устройствах.

Классификацию конденсаторов можно проводить на основе различных признаков (вид диэлектрика, вид исполнения, функциональное назначение и т. д.). В настоящее время конденсаторы делят на две группы: силовые конденсаторы, применяемые в энергетических и электротехнических установках, и конденсаторы, применяемые в электронных и радиотехнических устройствах [1].

Силовые конденсаторы классифицируются в соответствии с их функциональным назначением, конструктивным исполнением, способом охлаждения, условиями эксплуатации.

По функциональному признаку они делятся на конденсаторы для повышения коэффициента мощности в линиях электропередачи (ЛЭП), распределительных сетях, установках частотой 50 Гц и повышенных (до 10 кГц) частот, групповых и индивидуальных потребителей электрической энергии; накопительные и импульсные; фильтровые; связи, служащие для подключения устройств высокочастотной связи и автоматики к ЛЭП; отбора мощности от ЛЭП; для высоковольтных делителей напряжения; для измерительных цепей; защитные для цепей тиристорных преобразовательных подстанций ЛЭП; пусковые и рабочие для электродвигателей; для преобразовательных устройств (коммутирующие, демпфирующие, фильтровые, компенсирующие).

По конструктивному признаку выделяют однокорпусные конденсаторы; блоки конденсаторов; конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности и для фильтрации высших гармоник (силовые фильтры); однофазные и трехфазные конденсаторы; конденсаторы с металлизированными и фольговыми (скрытыми и выступающими) обкладками; с бумажным, пленочным и комбинированным диэлектриком, пропитанным нефтяным маслом или синтетической диэлектрической жидкостью; со встроенными плавкими вставками и без вставок; в корпусе из электроизоляционного или электропроводящего материала; в корпусе, находящемся под рабочим напряжением, или изолированном корпусе и т. д.

По виду климатического исполнения различают: конденсаторы исполнений для работы в условиях умеренного, холодного, тропического климата, а также для всех макрокли-

24

матических районов.

По способу охлаждения различают конденсаторы с естественным, принудительным воздушным и жидкостным охлаждением.

Конденсаторы для электронных устройств классифицируются в соответствии с рис.

2.2.

Рис. 2.2

По виду диэлектрика конденсаторы разделяют на конденсаторы с органическим (бумажным, пленочным и комбинированным) диэлектриком, непропитанным и пропитанным различными диэлектрическими жидкостями; неорганическим (керамическим, стеклянным, слюдяным, стеклоэмалевым, стеклокерамическим), газообразным и оксидным диэлектри-

ком [19].

По типу управляемости значением емкости различают конденсаторы достоянной и переменной емкости, а по характеру управления - конденсаторы с механическим, электрическим (вариконды, варикапы), с термическим (термоконденсаторы) управлением емкостью.

Конденсаторы с механическим управлением емкостью подразделяются на конденсаторы с плавным и дискретным (ступенчатым) характером регулирования емкости.

По типу обкладок различают конденсаторы с пластинчатыми, фольговыми, металлизированными, комбинированными (фольговые + металлизированные) обкладками.

По назначению конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего применения и специальные (измерительные, для делителей напряжения. связи, блокировочные, разделительные, контурные, дозиметрические и т. д.).

25

По значению номинального напряжения различают конденсаторы низкого и высокого напряжения. Конденсаторы с действующим значением номинального напряжения Uном < 1000 В, а также конденсаторы с номинальным постоянным напряжением Uном < 1600 В включительно относят к группе конденсаторов низкого напряжения. Конденсаторы с большими значениями номинального напряжения относят к группе конденсаторов высокого напряжения. Для конденсаторов с оксидным диэлектриком под термином «низкое» понимают напряжения в несколько десятков вольт, поскольку наибольшее номинальное напряжение в силу особенностей конденсаторов этого типа не превышает 600 В. Для классификации конденсаторов могут быть использованы и другие дополнительные признаки, например такие, как исполнение, вид охлаждения, внешнее оформление, электрический режим работы, габарит (малогабаритные и большого габарита) и т. д.

2.2. ОБОЗНАЧЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ И КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК

Различают полное и сокращенное условное обозначение конденсаторов. Сокращенное условное обозначение силовых конденсаторов состоит из букв или цифр.

Первая буква бозначает функциональное назначение: К - косинусный для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частотой 50 и 60 Гц, И - импульсный, Ф - фильтровый, С - связи, Д - демпфирующий или для делителей напряжения, О- для отбора мощности, П - для полупроводниковых преобразователей, Г - гасящий для систем тиристорного электропривода, Э - электротермический, Р - регулирующий, Л- для люминесцентных светильников.

Вторая буква обозначает род пропитки: С- синтетическая жидкость, М - нефтяное масло, К- касторовое масло; функциональное назначение (О- для отбора мощности).

Третья буква указывает на область конкретного применения или режим работы: Г - в схемах с электрогидравлическим эффектом, И - для измерительных целей, Н - накопительный, Т- в схемах тиристорного электропривода или на тяговых подстанциях, Э - для электротермических установок промышленной частоты; конструктивную особенность: В - с водяным охлаждением, К - комбинированным диэлектриком, П - с пленочным диэлектриком, М - в металлическом корпусе, пропитка маслом или малоиндуктивный конденсатор, Р - с расширителем; Б обозначает категорию электрооборудования по длине пути утечки внешней изоляции (см. ГОСТ 9910-75); П указывает, что конденсатор для делителей напряжения совмещен с изолирующей подставкой.

Четвѐртая буква указывает на особенность монтажа: У — допускается установка конденсатора под углом до 30° от вертикали, категорию по длине пути утечки внешней изоляции (см. ГОСТ 9920-75), вид охлаждения (О — принудительно-воздушное), тип диэлектрика (К — комбинированный) или уточняет назначение конденсатора (П — подстроечный).

Первая цифра после букв обозначает габарит конденсатора (0 — нулевой, 1 — первый, 2 — второй).

26

Система полного условного бозначения силовых конденсаторов состоит из нескольких элементов. Первый элемент - сокращенное условное обозначение; второй - номинальное напряжение, кВ; третий - значение номинальной реактивной мощности (квар) и емкости (нФ, мкФ) или другие технические параметры, например номинальная частота; четвертый - цифрами обозначается количество изолированных выводов, буквами - исполнение и цифрами после букв - категория размещения; пятый - номер документа, по которому осуществляется поставка.

Конденсаторные установки имеют аналогичную с силовыми конденсаторами структуру условного обозначения. Сокращенное условное обозначение содержит следующие элементы: первая буква (У) - установка, вторая (К) - конденсаторная^ третья - указывает на конструктивную особенность (А - с автоматическим выключателем, Б - бесшкафная, С - столбовая, Л - левое исполнение ячейки ввода, П- правое исполнение ячейки ввода); четвертая - указывает на способ регулирования (Н — по напряжению, Т — по току); цифра - указывает на количество конденсаторов, включенных самостоятельно.

Структура полного условного обозначения конденсаторных установок следующая:

первый элемент - это сокращенное условноѐ обозначение; второй - номинальное напряжение, кВ; третий — номинальная мощность, квар; четвертый - особенности конструкции и способ регулирования (Л или П - левое или правое исполнение ячейки ввода; Н- регулирование по напряжению; Р - с командным блоком и приставкой автоматического регулятора «Аркой»); далее, буквами называется исполнение, а цифрами - категория размещения (для некоторых установок перед буквой, обозначающей исполнение, цифрами ; называется количество конденсаторов в установке); пятый - номер документа, по которому осуществляется поставка. Обозначения некоторых выпускаемых конденсаторных установок могут в некоторой степени отличаться от изложенной схемы.

Примеры обозначений.

Сокращенные условные обозначения:

1.Конденсатор косинусный (К) для повышения коэффициента мощности элекьроустановок переменного тока частотой 50 и 60 Гц; с синтетической пропиткой (С) первого (1) габарита: конденсатор КС1.

2.Установка (У) конденсаторная (К) бесшкафная (Б) с регулированантем по напряжению (Н) — УКБН, по току (Т) - УКБТ.

Полные условные обозначения:

Конденсатор косинусный (К) с синтетической пропиткой (С) первого (1) габарита (1), номинальным напряжением 6,3 кВ, мощностью 30 квар, однофазного исполнения с двумя изолированными выводами, климатического исполнения У, категории 3 для верхнего значения температуры окружающего воздуха 50°С, поставляемого по ГОСТ 1289-79; конденсатор КС1-6,3-30-2-УЗ, температура 50°С, ГОСТ 1289-79.

27

Установка (У) конденсаторная (К) на номинальное напряжение 0,38 кВ мощностью 150 квар с регулированием по напряжению (Н), климатического исполнения У, категории 3, поставляемая по ТУ 16-530.169-78; установка конденсаторная УКН-0,38-150-У3, ТУ 16- 530.169-78.

2.3 ОБОЗНАЧЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ ДЛЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Обозначение конденсаторов для радиоэлектронных устройств производится в соответствии с ОСТ 11.074.008-78 и ГОСТ 11076-69.

Сокращенное условное обозначение состоит из следующих элементов: первый элемент – буква или сочетание букв, обозначающих конденсатор (К – постоянной ѐмкости, КТ – подстроечный, КП – переменной ѐмкости, КС – конденсаторные сборки); второй – число, обозначающее вид диэлектрика; третий – порядковый номерн разработки конкретного типа, в состав которого в технически обоснованных случаях может входить и буквенное обозначение. Между вторым и третьим элементами - в условном обозначении ставится дефис.

Полное условное обозначение состоит из следующих элементов: первый элемент — сокращенное обозначение; второй — обозначения и (или) значения основных параметров и характеристик, необходимых для заказа и записи в конструкторской документации, (вариант конструктивного исполнения, номинальное напряжение, номинальная емкость, допускаемое отклонение емкости, группа и класс по температурной стабильности, реактивная мощность, другие необходимые дополнительные характеристики); третий — обозначение климатического исполнения (только для конденсаторов исполнений В и Т). Обозначение исполнений У, ХЛ не указывается; четвертый — обозначение документа на поставку (номер ТУ; ГОСТ).

Пример сокращенного обозначения: конденсатор (К), комбинированный (75), номер разработки конденсатора данного типа двадцать девятый, вариант исполнения А: конденсатор К75-29А.

Пример полного условного обозначения: конденсатор комбинированный К75-10, номинальным напряжением 250 В, номинальной емкостью 1,0 мкФ с допустимым отклонением по емкости + 5%, всеклиматического исполнения В, поставляемый по ОЖО. 484.865 ТУ: конденсатор К75-Ю-250В-1,0мкФ ± 5 %-В-ОЖО. 484.865 ТУ.

2.4.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕПАРАМЕТРЫКОНДЕНСАТОРОВ

Уконденсаторов различают номинальные и измеренные значения парамеров. Номинальными являются значения параметров, указанные в маркировке и сопроводительной документации на конденсаторы. Измеренными - значения параметров при заданных конкретных условиях измерения (температуре, частоте, напряжении, давлении и т. д.).

28

Значения номинальных параметров являются базовыми при определении отклонений измеренных значений параметров от номинальных.

Номинальные напряжение и ток – значения напряжения и тока, указанные на маркировке и в нормативно-технической документации (НТД) на конденсаторы, при которых они могут работать в заданных условиях в течение срока службы при сохранении параметров в допустимых по НТД пределах.

В качестве номинального напряжения могут приниматься значения постоянного напряжения, амплитуды или действующего значения переменного напряжения.

Номинальная емкость (Cном ) конденсатора указывается в его маркировке и НТД, а для конденсаторов электронной техники соответствует одному из числовых рядов, установленным ГОСТ 2519-67.

При производстве конденсаторов для радиоэлектронных устройств используются ря-

ды [19]: ЕЗ (1,0; 2,2; 4,7); Е6 (1,0; ),5; 2,2* 3,3; 4,7-; 6.8); Е12 (1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2) и Е24 (1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3.6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1).

Цифра после буквы Е указывает количество чисел в декаде данного ряда. Кратные или дольные значения получаются умножением чисел ряда на множитель 10n, где п — целое число.

Основной единицей измерения емкости в системе СИ является фарада (1 Ф = 1 Кл/В =

106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ).

Допускаемое отклонение (допуск по емкости) определяется как максимально допустимая разность значений измеренной Си и номинальной Сном емкости при оговоренных в НТД частоте н температуре: С = [Си— Сном)- 100%]/Сном. Допускаемые отклонения С в

процентах соответствуют ряду: ±0,1; ±0,25; ±0,5; ±1; ±2; ±5; ±10; ±20; ±30;0 -г +50; -10 ÷ +30; -10 ÷ +50; —10 ÷ +100; -20 ÷ +50; -20 ÷+80.

Допускаемое отклонение емкости от номинального значения (ГОСТ 9661-73; ГОСТ 1282-79) не определяет качества конденсаторов - стабильность их параметров, надежность

ит. д.

Уконденсаторов для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока промышленной частоты н электротермических установок нормируется не номинальная емкость, а номинальная реактивная мощность. Номинальная емкость таких

конденсаторов рассчитывается по номинальной реактивной мощности при номинальных напряжении и частоте при +20 =С (ГОСТ 1282-79).

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) характеризует температурную стабильность емкости конденсаторов и определяется соотношением: ТКЕ = dC/CdT. Температурный коэффициент емкости показывает, насколько изменяется емкость при отклонении температуры на 1 °С. Для конденсаторов с линейной зависимостью емкости от темпе-

29

ратуры нормируется значение ТКЕ в миллионных долях изменения емкости, отнесенной к 1 °С, а для остальных допустимое изменение емкости в процентах. ТКЕ может быть положительным отрицательным или иметь близкое к нулю значение. Знак ТКЕ обозначают буквой: М- минус, П - плюс, МП - близкое к нулю. Буква Н в условном обозначении группы по температурной стабильности обозначает, что для этих конденсаторов ТКЕ не нормируется, а цифры, следующие после буквы Н, указывают предельно допустимые изменения емкости в интервале рабочих температур процентах относительно измеренной при 20 °С. Ожидаемое изменение емкости С = (СТ - С20°с)/Сном, выраженное в процентах при изменении температуры от Tt до Т2, равно С,%=ТКЕ·(Т2 –Т1)·100%.

Ток утечки - это ток проводимости через диэлектрик конденсатора при постоянном напряжении.

Ток утечки нормируется у конденсаторов с оксидным диэлектриком. Из-за явления диэлектрической абсорбции, обусловленного замедленными процессами поляризации в диэлектрике, ток конденсатора после подачи постоянного напряжения медленно спадает во времени. На практике в качестве тока утечки принимается значение тока конденсатора, измеренного через определенное время после подачи на конденсатор постоянного напряжения. Измеренный ток может значительно превышать значение тока проводимости конденсатора, т. е. фактическое значение тока утечки. Следует отметить, что в НТД приводятся наибольшие допустимые значения измеренного тока утечки.

Измерение тока утечки конденсаторов производится по ГОСТ 21315.3-75. Ток утечки конденсаторов с органическим и неорганическим диэлектриком определяется через 1 мин (одноминутное измерение) после, подачи на конденсатор постоянного напряжения, с. оксидным диэлектриком — после их выдержки под номинальным напряжением в течение времени, указанного в ТУ или другой НТД.

Сопротивление изоляции — это электрическое сопротивление конденсатора постоянному току (ГОСТ 21415-75).

Сопротивление изоляции измеряют между выводами конденсатора Rнз и между соединенными вместе выводами и корпусом конденсатора Rнз .в.к.

Постоянная времени конденсатора ηиз равна произведению сопротивления изоляции между выводами конденсатора Rнз на его номинальную емкость, т. е. ηиз = Rнз Сном. Эта величина характеризует свойство конденсатора, заключающееся в самопроизвольном снижении напряжения на разомкнутых выводах заряженного конденсатора.

В НТД приводятся минимально допустимые измеренные значения сопротивления изоляции Rнз, Rнз .в.к и постоянной времени конденсатора ηиз. Для конденсаторов с Сиом <0,1÷0,3 мкФ в НТД нормируется значение сопротивления изоляции Rнз , а для конденсаторов с Сном > 0,1 -5-0,3 мкФ — постоянная времени конденсатора ηиз.

Измерения Rнз конденсаторов радиоэлектронных устройств производятся по ГОСТ

21315,2-75, а силовых — по ОСТ 16.0.686.569.77.

30

Коэффициент диэлектрической абсорбции Ка характеризует явление, обусловленное замедленными процессами перераспределения зарядов в диэлектрике конденсатора. Коэффициент Ка определяется как отношение напряжения, возникающего на выводах конденсатора после его кратковременного разряда, к напряжению заряженного конденсатора. Значение Ка зависит от времени нахождения конденсатора в заряженном состоянии t1 длительности его кратковременного разряда t2, времени t3, по истечении которого измеряют появившееся на его выводах напряжение. Обычно значение Ка определяется при t1 = 3 -5-

15 мин, t2 = 2 -5- 5 с, t3 = 3-5-10 мин.

Собственная индуктивность конденсатора L зависит от конструктивного исполне-

ния конденсатора и обусловлена индуктивностью выводов, секций, соединительных шин пакета секций. Индуктивность. L является важным параметром для конденсаторов, работающих в импульсном режиме и на высоких частотах: От значения L зависят верхний предел рабочей частоты конденсатора, а также параметры (амплитуда, форма и длительность) разрядного тока импульсных конденсаторов.

Тангенс угла потерь tgδ определяется в НТД (ГОСТ 21415-75) как отношение активной мощности конденсатора Р к его реактивной мощности Q при синусоидальном напряжении определенной частоты, т. е. tgδ = P/Q.

Значение tgδ конденсатора на заданной частоте чаще всего определяют путем электрических измерений активных Re Z; Re Y и реактивных (ImZ; Im Y) составляющих комплексных сопротивления Z или проводимости Y конденсатора, т. е. tgδ = ReZ/ImZ = ReY/ImY. В этом случае конденсатор представляют простейшими электрическими схемами замещения — последовательной или параллельной. Следует подчеркнуть, что значение tgδ не зависит от вила схемы замещения, используемой при измерении тангенса угла потерь конденсатора, т. е. tgδ = ωCsrs = 1/(ωCpRp), где ω - угловая частота; Cs, rs, Ср, Rp — значения емкостей и активных сопротивлений, измеренных на частоте ω в последовательной и параллельной схемах замещения.

Мощность конденсатора. При работе конденсатора в цепи переменного синусоидального напряжения различают полную S = UI, активную Р = UI cosθ = UI sinδ и реактивную Q = UI cosδ мощности конденсатора, где U, I — действующие значения синусоидальных напряжения и тока; θ — угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока конденсатора; δ - угол потерь, дополняющий до 90° угол сдвига фаз между током и напряжением.

Активная мощность конденсатора, как правило, существенно меньше его полной мощности, т. е. Р << S, а реактивная мощность конденсатора несущественно отличается от его полной мощности. На практике пренебрегают этим различием и в качестве реактивной мощности конденсатора принимают значение его полной мощности, т. е. Q≈ S = UI или Q ≈ U2ωC. Активная мощность конденсатора определяется по формуле Р = Q tgδ, где tg δ —тангенс угла потерь конденсатора при рабочей частоте ω.

Относительная погрешность определения реактивной и активной мощностей конденсатора при принятом допущении Q = S не превышает значения 1/2 tg2 δ.