Использование конденсаторов в нефтегазовой отрасли реферат

Обновлено: 06.07.2024

В статье рассматриваются различные серии высокотехнологичных пленочных конденсаторов (высокотемпературных, высокоемкостных), их особенности, а также область применения пленочных конденсаторов.

Как обеспечить максимальную защиту
устройства в условиях агрессивной окружающей среды, где имеют место такие воздействия, как вибрация, высокая температура или удары? Вопросы подобного рода всегда стоят перед разработчиками. Ни для
кого не секрет, что надежность работы любого электронного устройства напрямую зависит от качества применяемых компонентов.
Один из вариантов решения данной проблемы — конструктивное расположение компонентов как можно дальше от источника воздействия. Но это не всегда представляется
возможным, либо в силу конструктивных
особенностей изделия, либо если рабочая температура достаточно высока. Нефтегазовая
отрасль, автостроение (а конкретно — системы зажигания двигателей), геофизика, авиастроение — вот сферы, где проблема надежности компонентов стоит особенно остро.

На производстве высоконадежных пассивных компонентов специализируется небольшое число производителей. Их продукция,
как правило, не является массовой и изготавливается под заказ. Современные подходы
к разработке новых технологий производства пленочных конденсаторов сводятся к поиску диэлектрика, который будет одновременно обладать хорошими характеристиками по напряжению и температуре, иметь высокое качество металлизации электродов,
должен быть создан на основе полимерного
материала и, при этом, иметь очень небольшую толщину. Кроме того, важными аспектами являются и такие процессы, как нанесение металлизации, пайка, расширение списка материалов и способов их интеграции
в сочетании с хорошими температурными
и климатическими характеристиками.

Один из производителей, успешно решающих эти задачи, — это французская фирма Eurofarad, чьей основной продукцией, как
нетрудно догадаться по названию, являются
высокотехнологичные конденсаторы.

Высокоемкостные конденсаторы

В ответ на требования рынка по минимизации размеров компонентов компания
Eurofarad в 2007–2008 годах выпустила три
новые серии высокоемкостных конденсаторов, области применения которых— космос,
авиация и военная промышленность. Это высоконадежные пленочные конденсаторы со
способностью к самовосстановлению и низким значением ESR (эквивалентное последовательное сопротивление).

Серия PM948, выпущенная в 2008 году, так
же успешна, как и серия PM94. Выгодно отличаясь от PM94 меньшими размерами, она
имеет те же электрические параметры (то есть
соответствует сертификату ESA/CNES —
500 циклов в температурном диапазоне
–55…+125 °C после монтажа на плату, 1000 термодинамических циклов согласно сертификации Airbus и т. д.). Эта серия пользуется
огромной популярностью среди клиентов,
качество и надежность компонентов для которых являются определяющими требованиями. Выпуск данной серии в исполнении для
космоса планируется уже в 2009 году.

Третья серия, получившая обозначение
KM947, была разработана на основе PPS-диэлектрика (поливинилсульфид), работает
в температурном диапазоне –55…+155 °C
и имеет широкий спектр рабочих напряжений. Уникальность конденсаторов этой серии— это малые размеры устройств и большое предельное напряжение при температуре 155 °C. Устройства этой серии выполняют
с различными типами выводов, чтобы облегчить ее использование в военной и аэрокосмической отраслях. Сертификация данной
серии планируется в 2009 году.

Высокотемпературные
конденсаторы

Максимально выдерживаемая температура для конденсатора напрямую зависит от
типа диэлектрика и технологии изготовления корпуса. Наиболее устойчивы к воздействию высоких температур танталовые и керамические конденсаторы (+200 °C и выше),
а наименее устойчивы — алюминиевые электролитические конденсаторы (+145 °C).
Мы, однако, более подробно остановимся на
пленочных конденсаторах.

Современные технологии позволяют изготавливать пленочные конденсаторы с верхней границей температурного диапазона до
200 °C (таблица). На рынке существует потребность в высокоемкостных высокотемпературных конденсаторах для источников питания в авиакосмической и нефтегазодобывающей отраслях. Существующий уровень
развития технологий не позволяет решить
эту задачу в полном объеме: сложность связана с толщиной диэлектрика или величиной пробивного напряжения. Тем не менее,
производители заявили, что, опираясь на
свои исследования, они смогут выпускать
пленочные конденсаторы, работающие в диапазоне температур до +250 °C уже в ближайшее время.

Таблица. Рабочий диапазон температур конденсаторов
в зависимости от материала диэлектрика

Пленочные конденсаторы на основе поливинилсульфида имеют максимальную
рабочую температуру +155 °C. Для других
типов пленочных диэлектриков производитель может обеспечить электрические
характеристики при температуре до +200 °С
и даже выше. Например, конденсаторы на
основе тефлона (PTFE) имеют очень низкий
тангенс угла диэлектрических потерь и сопротивление изоляции во всем диапазоне
рабочих температур. Тефлон обеспечивает
высокую стабильность емкости в зависимости от изменения температуры. Такие характеристики позволяют применять эти конденсаторы для широкого спектра высокотемпературных применений. Особого внимания
заслуживают серии тефлоновых конденсаторов фирмы Eurofarad TA-72 и TM-72.
Устройства обеих серий могут работать в диапазоне температур до +200 °C, при этом
конденсаторы TA-72 имеют очень низкую
диэлектрическую абсорбцию, а TM-72 обладают свойством самовосстановления при
пробое. К недостаткам можно отнести узкий диапазон рабочих напряжений: от 160
до 400 В. Диапазон емкостей достаточно широк: от 470 пФ до 2,2 мкФ.

В отличие от предыдущих серий пленочнослюдяные конденсаторы HT78 являются не
только высокотемпературными (до +155 °C),
но и высоковольтными, с предельным рабочим напряжением до 10 В. В качестве диэлектрика в них используется пленка с частицами
реконструированной слюды. У таких конденсаторов отсутствует зависимость приложенного напряжения от температуры, чем они
выгодно отличаются от керамики, и минимальны изменения емкости и тангенса угла
потерь во всем диапазоне рабочих температур. Устойчивость этих конденсаторов к вибрации, ударам и многократным перепадам
температур делает их идеальными для применения, например, в геологоразведочных
аппаратах и скважных погружных устройствах. На основе серии HT-78 по заказу компания может выпустить конденсаторы с верхним пределом температур до +200 °C и напряжением до 60 кВ.

Нижний предел рабочих температур стандартных компонентов рассмотренных серий
составляет –55 °C.

Заключение

Рынок пленочных конденсаторов крайне
многообразен, однако следует отметить, что
высококачественные компоненты специального применения, как правило, изготавливаются по требованию заказчика и редко попадают на широкий рынок. Хотя возможности
производства высоконадежных конденсаторов достаточно широки, по-прежнему существует проблема подбора компонентов для применения в агрессивной среде или в условиях сильных воздействий. Автор надеется, что данная публикация поможет в ее решении. Выбор, как всегда, остается за заказчиком.

Конденсаторы являются непременным элементом любых электронных схем, от простых до самых сложных. Трудно себе представить какую бы то ни было электронную схему, в которой не используются конденсаторы. За два с половиной века своего существования они весьма значительно изменили свой облик. Некоторые конденсаторы стоят не больше рубля, но их производство в мировом масштабе исчисляется миллиардами долларов.

Работа содержит 1 файл

Реферат Конденсаторы.doc

Сейчас существует множество видов и разновидностей конденсаторов. Но в основе своей они все повторяют простейший конденсатор, который образуют две металлические пластины, изолированные одна от другой (рис.1).

Чаще всего пластины называют обкладками, а изолирующий слой – диэлектриком.

Миниатюризация - основное направление в совершенствовании конструкции конденсаторов, поскольку от этого зависит дальнейшее уменьшение размеров интегральных схем. Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
Конденсаторы с жидким диэлектриком.
Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.

Электролитические и оксидно-полупроводниковые ко нденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка.
Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы). Применяются, например, в радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контура.
Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Применение конденсаторов в технике довольно обширно. Практически в каждой электрической или электронной схеме содержатся эти радиоэлементы. Трудно представить блок питания, в котором бы не было конденсаторов. Они наряду с резисторами и транзисторами являются основой радиотехники.

А что же такое конденсатор? Это простейший элемент, с двумя металлическими обкладками, разделенными диэлектрическим веществом. Принцип работы этих приборов основан на способности сохранения электрического заряда, т. е. заряжаться, а в нужный момент разряжаться.

В современной электронике применение конденсаторов весьма широкое и разностороннее. Разберем, в каких сферах техники, и с какой целью используются эти приборы:

В телевизионной и радиотехнической аппаратуре – для реализации колебательных контуров, а также их блокировки и настройки. Также их используют для разделения цепей различной частоты, в выпрямительных фильтрах и т. д.
В радиолокационных приборах – с целью формирования импульсов большой мощности.
В телеграфии и телефонии – для разделения цепей постоянного и переменного токов, токов различной частоты, симметрирования кабелей, искрогашения контактов и прочее.
В телемеханике и автоматике – с целью реализации датчиков емкостного принципа, разделения цепей пульсирующего и постоянного токов, искрогашения контактов, в тиратронных импульсных генераторах и т. д.
В сфере счетных устройств – в специальных запоминающих устройствах.
В электроизмерительной аппаратуре – для получения образцов емкости, создания переменных емкостей (лабораторные переменные емкостные приборы, магазины емкости), создания измерительных устройств на емкостной основе и т. д.
В лазерных устройствах – для формирования мощных импульсов.

Применение конденсаторов в современном электроэнергетическом комплексе также довольно разнообразно:

для повышения коэффициента мощности, а также для промышленных установок;
для создания продольной компенсационной емкости дальних линий электропередач, а также для регулировки напряжения распределительных сетей;
для отбора емкостной энергии от высоковольтных линий передач и для подключения к ним специальной защитной аппаратуры и приборов связи;
для защиты от перенапряжения сети;
для применения в мощных импульсных генераторах тока, в схемах импульсного напряжения;
для разрядной электрической сварки;
для запуска конденсаторных электродвигателей и для создания требуемого сдвига фаз дополнительных обмоток двигателей;
в осветительных приборах на основе люминесцентных ламп;
для гашения радиопомех, которые создаются электрическим оборудованием и электротранспортом.

Применение конденсаторов в неэлектротехнических областях промышленности и техники также весьма широко. Так, в сфере металлопромышленности эти компоненты обеспечивают бесперебойную работу высокочастотных установок для плавки и термообработки металлов. Применение конденсаторов в угольной и металлорудной добывающей промышленности позволило построить транспорт на конденсаторных электровозах. А в электровзрывных устройствах используется электрогидравлический эффект.

Подведя итог, скажем, что область применения конденсаторов настолько широка, что она охватывает все сферы нашей жизни, нет такого направления, где бы ни использовались эти приборы.

Актуальность работы заключается в том, что конденсаторы применяют в настоящее время в различных отраслях науки и техники. Конденсаторы с ёмкостью в несколько фарад — ионисторы, используются в электромобилях, как источники питания двигателя. Трудно представить, как конструируют автоматику и релейную защиту без конденсаторов. Некоторые логики защит учитывают кратность перезаряда прибора. Ёмкостные элементы используются в схемах устройств мобильной связи, радио и телевизионной техники. Конденсаторы применяют в: усилителях высоких и низких частот, блоках питания, частотных фильтрах, усилителях звука, процессорах и других микросхемах.

Проблема: как осуществляется на практике зарядка, разрядка конденсатора; экспериментально изучить характеристики конденсатора.

Цель исследования: изучение свойств и характеристик конденсатора.

Задачи исследования:

Изучить литературу и интернет-ресурсы о конденсаторе (зарядка и разрядка конденсаторов, виды соединения конденсаторов).
Провести ряд исследований по изучению свойств и характеристик конденсатора.
Систематизировать теоретические знания и экспериментальные результаты.
Анализ результатов исследований.

Гипотеза: при включении конденсатора в цепь постоянного тока характеристики цепи останутся неизменными.

Объект исследования: постоянный электрический ток, проходящий через конденсатор. Так же будет часто использоваться мультиметр.

Предмет исследования: электрическая цепь с конденсатором.

Методы исследования: изучение литературы, эксперименты, наблюдение, анализ и сравнение.

Практическая значимость моего исследования заключается в понимании принципа действия конденсатора, а также его характеристик. Знания и умения, полученные на основе моей работы, помогут мне при решении задач и при дальнейшем изучении физики и электроники, и вообще в жизни, потому что в наше время мы пользуемся современными приборами, в которых есть конденсаторы, выполняющие определённые функции.