Большая Советская Энциклопедия (КО)

 (пф),

где l — длина цилиндра в мм ; D₂ — внутренний диаметр внешнего цилиндра в мм; D₁ — внешний диаметр внутреннего цилиндра в мм. При этом не учитываются искажения однородности электрического поля у краев обкладок (краевой эффект), и потому эти расчёты дают несколько заниженные значения ёмкости C ; точность расчёта возрастает при уменьшении отношения

 (для плоского К. э.) и

 (для цилиндрического К. э.).

К. э. часто включаются группами (батареей); для параллельного соединения К. э. общая ёмкость батареи Сб = C₁ + C₂ +...+ C_n , а для последовательного соединения

С_б =

,

где C₁ , C₂ ,..., C_n — ёмкости отдельных К. э., составляющих батарею. При включении в цепь переменного тока частотой f гц через К. э. протекает реактивный (ёмкостный) ток

,

где U — напряжение, приложенное к обкладкам К. э., x_c — реактивное сопротивление К. э.

 (ом)

при условии, что f в гц, а С — в ф.

Зависимость реактивного сопротивления К. э. от частоты используется в электрических фильтрах . Вектор тока, протекающего через К. э., опережает вектор напряжения, приложенного к его обкладкам, на угол j » 90°, это позволяет применить К. э. для повышения мощности коэффициента промышленных установок с индуктивной нагрузкой, для продольной компенсации в линиях электропередачи , в конденсаторных асинхронных двигателях и т. п. Реактивная мощность К. э. P_p =2pfU² C (вар), где U — в в, f — в гц, С — в ф. К основным параметрам К. э. (см. табл. ) относятся: номинальная ёмкость — С_н ; допуск по номинальной ёмкости

,

где С_и — измеренное значение ёмкости К. э.; рабочее (номинальное) напряжение U_н , при котором К. э. надёжно работает длительный промежуток времени (обычно более 1000 ч ); испытательное напряжение U_ис , которое К. э. должен выдерживать в течение определенного промежутка времени (2—5 сек, иногда до 1 мин ) без пробоя диэлектрика; пробивное напряжение U_пр (постоянный ток), вызывающее пробой диэлектрика за промежуток времени в несколько сек ; угол потерь d — чем d больше, тем большая часть энергии выделяется на нагрев К. э.; потери активной мощности Р_а = 2pfU² xСн xtg d(вт), где d — угол потерь, U — в в , С_н — в ф, f — в гц; температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ), характеризующий зависимость изменения ёмкости К. э. от температуры; сопротивление изоляции R_из между выводами К. э. при подаче на них постоянного напряжения.

К. э. обладают индуктивностью L, вследствие чего полное сопротивление К. э. часто не является преимущественно емкостным в любом диапазоне частот; применять К. э. целесообразно только при частотах f<f (f — собственная резонансная частота К. э.), т. к. при f >f сопротивление имеет преимущественно индуктивный характер. Надёжность К. э. определяется вероятностью его безотказной работы в течение гарантированного срока службы; иногда надёжность выражают в виде интенсивности отказов К. э. Для сравнительной оценки качества К. э. применяются удельная ёмкость

 пф/см³ ,

где V_к см³ — активный объём К. э., и удельная стоимость, т. е. стоимость К. э., отнесённая к накопленной в К. э. энергии или заряду. Удельная стоимость К. э. всегда снижается по мере увеличения размеров К. э.

По применению различают К. э. низкого напряжения низкой частоты (большая удельная ёмкость С_у ), низкого напряжения высокой частоты (малые ТКЕ и tg d , высокая С_у ), высокого напряжения постоянного тока (высокое R_из ), высокого напряжения низкой и высокой частоты (высокая удельная реактивная мощность). К. э. выпускаются постоянной ёмкости, переменной ёмкости и полупеременные (триммеры). Параметры, конструкция и область применения К. э. определяются диэлектриком, разделяющим его обкладки, поэтому основная классификация К. э. проводится по типу диэлектрика.

К. э. с газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные и вакуумные) имеют весьма малые значения tg d и высокую стабильность ёмкости (см. табл. ). Воздушные К. э. постоянной ёмкости применяют в измерительной технике в основном как образцовые К. э. Воздушные К. э. рекомендуется применять при напряжениях не выше 1000 в. В электрических цепях высокого напряжения (свыше 1000 в ) применяют газонаполненные (азот, фреон и др.) и вакуумные К. э. Вакуумные К. э. имеют меньшие потери, малый ТКЕ и более устойчивы к вибрациям по сравнению с газонаполненными. Рабочее напряжение для вакуумных К. э. постоянной ёмкости от 5 до 45 кв. Наиболее целесообразно вакуумные К. э. использовать при работе в диапазоне частот от 1 до 10 Мгц. Значение пробивного напряжения вакуумных К. э. не зависит от атмосферного давления, поэтому они широко применяются в авиационной аппаратуре. Основной недостаток К. э. с газообразным диэлектриком — весьма низкая удельная ёмкость.

К. э. с жидким диэлектриком имеют при тех же размерах, что и К. э. с газообразным диэлектриком, большую ёмкость, т. к. диэлектрическая проницаемость у жидкостей выше, чем у газов; однако такие К. э. имеют большой ТКЕ и большие диэлектрические потери , по этим причинам они не перспективны.

К К. э. с твёрдым неорганическим диэлектриком относятся стеклянные, стеклоэмалевые и стеклокерамические, керамические (низкочастотные и высокочастотные) и слюдяные К. э. Стеклянные, стеклоэмалевые и стеклокерамические К. э. представляют собой многослойный пакет, состоящий из чередующихся слоев диэлектрика и обкладок (из серебра и др. металлов). В качестве диэлектрика используются конденсаторное стекло, низкочастотная или высокочастотная стеклоэмаль и стеклокерамика. Эти К. э. имеют относительно малые потери, малые ТКЕ, устойчивы к воздействию влажности и температуры, имеют большое сопротивление изоляции. Долговечность этих К. э. при номинальном напряжении и максимальной рабочей температуре не менее 5000 ч. Керамические К. э. представляет собой поликристаллический керамический диэлектрик, на который вжиганием нанесены обкладки (из серебра, платины, палладия). К обкладкам припаяны выводы, и вся конструкция покрыта влагозащитным слоем. Керамические К. э. подразделяют на низковольтные высокочастотные (малые потери, высокая резонансная частота, малые габариты и масса), низковольтные низкочастотные (повышенная удельная ёмкость, относительно большие потери) и высоковольтные К. э. (от 4 до 30 кв ), в которых используется специальная керамика, имеющая высокое пробивное напряжение.

В 1960-х гг. в связи с развитием полупроводниковой техники, применявшей рабочие напряжения главным образом до 30 в , широкое распространение получили керамические К. э. на основе тонких (около 0,2 мм ) керамических плёнок. Применение сегнетокерамики в качестве диэлектрика позволило получить удельную ёмкость порядка 0,1 мкф/см³ . Эти К. э. рекомендуется ставить в низковольтных низкочастотных цепях. В слюдяных К. э. диэлектриком служит слюда, расщепленная на тонкие пластинки до 0,01 мм. Слюдяные К. э. имеют малые потери, высокое пробивное напряжение и высокое сопротивление изоляции. Электроды в слюдяных К. э. делают из фольги или наносят на слюду испарением металла в вакууме либо вжиганием. Слюдяные низковольтные К. э. широко применяют в радиотехнике (электрические фильтры, цепи блокировки и т. п.). Недостаток слюдяных К. э. — малая временная и температурная стабильность ёмкости, особенно у К. э. с обкладками из фольги.

К. э. с твёрдым органическим диэлектриком изготавливают намоткой длинных тонких лент диэлектрика и фольги (обкладки); иногда применяют обкладки в виде нанесённого на диэлектрик слоя металла (цинк, алюминий) толщиной 0,03—0,05 мкм. В бумажных К. э. диэлектриком служит специальная конденсаторная бумага; эти К. э. имеют относительно большие потери, повышенную удельную стоимость. Эффективное использование бумажных К. э. возможно при частотах до 1 Мгц. Бумажные К. э. широко применяются в низкочастотных цепях высокого напряжения при большой силе тока, например для повышения коэффициента мощности (cos j ).

В металлобумажных К. э. применением металлизированных обкладок достигается большая удельная ёмкость (по сравнению с бумажными К. э.), однако уменьшается сопротивление изоляции. Металлобумажные К. э. обладают свойством «самовосстанавливаться» после единичных пробоев. Бумажные и металлобумажные К. э. не рекомендуется применять в цепях с очень низким (по сравнению с номинальным) напряжением.

В пленочных К. э. диэлектриком служит синтетическая плёнка (полистирол , фторопласт и др.). Плёночные К. э. имеют большие сопротивления изоляции, большие ТКЕ, малые потери, относительно малую удельную стоимость. В комбинированных (бумажно-плёночных) К. э. совместное применение бумаги и плёнки увеличивает сопротивление изоляции и напряжение пробоя, отчего повышается надёжность К. э. Наибольшей удельной ёмкостью обладают лакоплёночные К. э. с тонкими металлизированными плёнками. Эти К. э. по удельной ёмкости приближаются к электролитическим К. э., но имеют лучшие электрические характеристики и допускают эксплуатацию при знакопеременном напряжении.