خازن چیست و چه کاربردی دارد & انواع خازن

خازن چیست و چگونه کار میکند

خازن انرژی مورد نیاز خود را از باتری میگیرد و در صفحات خود ذخیره میکند. زمانی که خازن فعال میشود و نیاز است تا از انرژی آن در مدار استفاده شود الکتریسیته را به سرعت آزاد میکند.

خازن ها AC یا DC هستند؟

خازن غیر قطبی: (در هر دو سیستم AC و DC استفاده می شود)

خازن های غیر قطبی را می توان در هر دو سیستم AC و DC استفاده کرد. آنها را می توان در هر جهتی به منبع تغذیه متصل کرد و ظرفیت خازن آنها با معکوس شدن قطبیت تأثیر نمی گذارد.

خازن قطبی: (فقط در مدارها و سیستم های DC استفاده می شود)

این نوع خازن به قطبیت خود حساس است و فقط در سیستم ها و شبکه های DC قابل استفاده است. خازن های قطبی در سیستم AC کار نمی کنند، زیرا قطبیت معکوس پس از هر نیم سیکل در منبع AC تغییر می کند.

پایه های خازن

کار خازن در مدارهای AC

در مدارهای AC، با توجه به اینکه خازن و سلف به صورت خالص انرژی مصرف نمی کنند، در این حالت برای کاهش ولتاژ با اتلاف برق کمتر از خازن استفاده میکنند.

علامت خازن

کاهش ولتاژ با خازن

از این روش کم کردن ولتاژ با خازن در مدارات AC و تغذیه مدارات با توان خیلی پایین استفاده میشود (رله های الکترونیکی مشعل و فتوسل ها و …). به دلیل مقاومت داخلی خازن (XC) افت ولتاژ صورت میگیرد که دو آیتم اصلی یعنی ولتاژ کار خازن و ظرفیت خازن محاسبه و با قرار دادن به صورت سری در مدار افت ولتاژ ایجاد میشود.

البته خروجی مدار کاملا ثابت نیست و دمای محیط در خازن (XC) تاثیر منفی دارد با کم و زیاد شدن مقاومت خازنی ولتاژ خروجی تغییر میکند از این سیستم کاهنده ولتاژ بیشتر برای مدارات ارزان قیمت استفاده میشود.

انواع خازن

خازن صنعتی

این نوع خازن ها در مدارات برق ورودی کارخانجات قرار میگیرد و بر حسب توان به این صورت خوانده میشود KVAR (کیلو ولت آمپر راکتیو)

به دلیل ایجاد توان راکتیو در شبکه های برق، اداره برق یک کنتور راکتیو هم اجباری در مسیر مصرف کننده نصب میکند و اگر در این شبکه بانک خازنی وجود نداشته باشد باید هر دو قبض اکتیو و راکتیو را پرداخت کرد ولی با نصب بانک خازنی مصرف کنتور راکتیور تقریبا صفر شده و هیچ وجهی را پرداخت نمیکنند. (در مدارات سلفی مانند الکتروموتور و …)

علت ایجاد راکتیو در مدار:

ولتاژ ۹۰ درجه از جریان جلوتر میرود و همین امر باعث ایجاد راکتیو در مدار میشود ولی در خازن جریان ۹۰ درجه جلوتر از ولتاژ است که باعث خنثی کردن راکتیو میشود.

خازنهای صنعتی سه فاز که برای کم کردن توان راکتیو در مدار برق سه فاز قرار میگیرد. این توان غیر موثر در مصرف کننده های سلفی ایجاد میشود (الکتروموتور-ترانسفورماتور و …).

این خازن ها بر اساس عایق و صفحات فلزی ساخته میشود که نوع عایق هم در قیمت آنها علاوه بر برند سازنده و کشور سازنده تاثیر دارد. مثلا خازن های روغنی از همه گران تر و پر دوام تر هستند این خازن ها در همه صنعت ها به کار برده میشوند و در تابلو بانک خازنی هم به کار میرود که امروزه وجود آن اجباری شده است چرا که در نبود این خازن ها باید جریمه توان راکتیو را به اداره برق پرداخت کرد. در ضمن سه عدد مقاومت با اهم محاسبه شده و وات خیلی بالا که بصورت مثلث روی خازن ها بسته شده اند نقش این سه مقاومت که به عنوان بار الکتریکی محسوب میشوند این است که پس از قطع برق روی خازن، خازن توسط این مقاومت ها تخلیه شود.

اگر این مقاومت قطع باشد خازن پس از قطع برق همچنان شارژ بوده و در صورت دست زدن به پین های خازن مانند برق شهر دچار برق گرفتگی میشوید.

توان و ولتاژ کار و اندازه مقاومت و تاریخ ساخت دیگر مشخصات خازن روی یک پلاک که به خازن چسبیده شده میتوان خواند.

در صورت عم محاسبه توان راکتیو و وارد شده خازن بیش از حد، این خازنها به صورت مقاومت XC مصرف کننده میشوند که باعث ضرر و زیان شبکه میشوند.

توان این خازن های صنعتی سه فاز بصورت (کیلو وات آمپر راکتیو KVAR) میباشد.

علاوه بر محاسبه حرفه ای باید به تاریخ ساخت توجه کرد که اگر خیلی قدیمی باشد احتمال ترکیدن آنها مخصوصا در محیط گرم بسیار است.

و اما در راه اندازی مدارات (الکتروموتورها-کمپرسورهای کولر-یخچال و …) مورد استفاده قرار میگیرند.

نکته: بستن مقاومت برای کلیه خازن های سه فاز اجباریست.

ولتاژ کار این نوع خازنها سه فاز و بانک فاز AC میباشد.

خازن الکترونیکی

ساختمان داخلی این نوع خازن ها از دو صفحه هادی که در بین آنها عایق وجود دارد تشکیل شده اند. این عایق ها میتواند از میکا – شیشه – هوا – کاغذ – پارافین و … باشد و بیشترین تفاوت آنها در تغییر نکردن جرم و شکل هندسی آنها در گرما و سرما میباشد.

هرچقدر فاصله بین دو صفحه از هم بیشتر باشد یعنی ظرفیت خازن کمتر و هر چقدر نزدیک تر باشند یعنی ظرفیت بیشتر است در ضمن نوع عایق در ولتاژ کار نامی خازن بسیار مهم است.

خازن ها با اعداد فاراد – میلی فاراد (-3^10) – میکروفاراد (-6^10) – نانو فاراد (-9^10) – پیکو فاراد (-12^10) خوانده میشود.

• خازن الکترولیت

این خازن ها از دو صفحه قطب مثبت و منفی تشکیل شده اند. زمانی که به دو سر این نوع خازن ها برق وصل میشود خازن شارژ شده و جریان مثبت و منفی در خازن که روی صفحات مینشیند و دارای اختلاف پتانسیل میشود بعد از قطع برق از سر خازن همچنان خازن شارژ خودش را حفظ کرده و در مدت زمان زیاد آرام آرام تخلیه میشود (هیچ مصرف کننده ای به آن وصل نباشد)

علت ترکیدن خازن:

ظرفیت خازن روی آن نوشته شده و مسئله مهم ولتاژ کار و یا وصل نکردن مثبت و منفی پایه هاست ولتاژی که به خازن مربوطه اعمال میشود حدودا باید ۱۵ الی ۲۰ درصد از ولتاژ کار نوشته در روی آن باشد و اگر ولتاژ اعمال شده به خازن بیشتر باشد در مدت بسیار کوتاهی خازن داغ کرده و در سر استوانه که حالت ضعیف تر شده ورق را مشاهده میکنید باز میشود و مواد شیمیایی داخل آن با فشار خارج میشود که اصطلاحا به آن ترکیدن خازن میگویند که مخصوصا برای چشم  خیلی خطرناک است.

علامت شماتیکی خازن الکترولیت در نقشه مدار

این نوع خازن ها برای جبران ولتاژ دو سر مدار استفاده میشوند. زمانی که مدار افت ولتاژی در زمان خیلی کوتاه اتفاق افتاد این خازن شارژ شده جبران میکند.

این خازن ها حتما باید ولتاژ DC کار کنند چرا که پایه ها دارای قطب های مثبت و منفی هستند.

مصرف کلی این نوع خازنها در مدارات تغذیه مدارات الکترونیکی میباشد. برای افزایش ولتاژ یا ظرفیت چند خازن از فرمول زیر استفاده میکنند.

شمای فنی خازن

معمولا روی خازن ها یک حرف مثبت یا منفی مینویسند (+ یا ـ).

• خازن عدسی

این خازنها پر مصرف ترین خازنهای الکترونیکی هستند که در مدارات به صورت DIP یا SMD قرار میگیرند. عایق بین آنها و ظرفیت و فرکانس آن ها تایین کننده قیمت و ارزش آنها هستند. در این خازن ها یک پوشش عایقی وجود دارد در ضمن ولتاژ کار و ظرفیت آنها روی خازن ها نوشته شده اند که در خازن های SMD به صورت کد میباشد. به عنوان مثال روی خازن ۱۰۴/۶۳ نوشته شده است این یعنی اینکه خازن با ولتاژ حداکثر ۶۳ ولت و ظرفیت ۱۰۰۰۰ پیکوفاراد است.

عایق درون خازن و قسمت بیرونی آنها روی قیمت تمام شده خازن نقش زیادی دارد.

از این نوع خازنها برای مدارات انتقال جریانهای مختلف و در تغذیه به وفور پیدا میشود. برای استفاده از این خازنها در مدارات فرکانس بالا حتما از عایق های مرغوب استفاده کنید (سرامیک – میکا و …)

• خازن متغیر

اساس کار این نوع خازن ها هم مثل خازن های معمولی است با این تفاوت که فاصله عایق بین دو صفحه کم و زیاد میشود این نوع خازنها متغیر (variable) در مداراتی استفاده میشود که بخواهند هر لحظه ظرفیت آن ار تغییر دهند (ولومی که در رادیو می چرخانید همین خازن متغیر است که با چرخش ظرفیت خازن را تغییر داده و در مدار تشدید فرکانس، فرکانس را تغییر میدهد و باعث میشود ایستگاه های مختلف رادیویی که با فرکانس های مختلف کار میکنند دریافت شوند). این خازن های متغیر در مدارات لامپی قدیمی از جنس فلز بوده که با پیشرفت علم الکترونیک خیلی کوچک شده اند و جنس آن ها هم از پلاستیک است. ظرفیت این نوع خازن ها که تا فاصله دو صفحه هادی آنها زیاد به هم نزدیک نیست ظرفیت کمی را تغییر میدهند (۰ تا ۱۰۰۰pf)

برای افزایش ظرفیت این نوع خازن ها مثل فرمول کلی خازن ها محاسبه میشود.

امروزه از خازن های متغیر به علت خرابی زیاد آنها استفاده کمتری میکنند و بجای آنها از سلکتور شدن خازن ها که توسط مدارات آی سی مربوطه اسکن و فرکانس دلخواه را انتخاب میکنیم که میتوان گفت در اکثر مدارات رادیویی چه گیرنده و چه فرستنده مورد استفاده قرار میگیرد.

به علت گران بودن و حجم بزرگ خازن های فاراد و میلی فاراد در مدارات الکترونیکی خیلی کم استفاده میشود ولی در عوض خازنهای میکروفاراد و نانوفاراد و پیکوفاراد در مدارات کاملا جایگزین آن خازنهای بزرگ و گران شده اند.

کمترین ظرفیت خازن پیکو فاراد pf و بعد نانو فاراد nf و میکروفاراد mf میباشند.

پرمصرف ترین خازن در زمنیه برق صنعتی میتوان خازن روغنی پارس و خازن گازی زیمنس را نام برد.