تصویر انواع خازن و کاربردهای آن +معرفی نشانه های خازن سوخته

کاربرد خازن: خازن عبارتست از دو صفحهٔ موازی فلزی که در میان آن لایه‌ای از هوا یا عایق قرار دارد. یکی از کاربرد های خازن‌ها این است که انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند و به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای متناوب را عبور می‌دهند ولی مانع عبور از سیگنالهای مستقیم می‌شوند.

کاربرد خازن چیست؟

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند.
با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجم‌ های کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد.

ظرفيت خازن

ظرفيت معياري براي اندازه گيري توانایی نگهداري انرژي الكتريكي است. ظرفيت زياد به این معني است كه خازن قادر به نگهداري انرژي الكتريكي بيشتري است. واحد اندازه گيري ظرفيت خازن فاراد است.

به عنوان مثال: 1 فاراد واحد بزرگي است و مشخص كننده ظرفيت بالا مي باشد. بنابراين استفاده از واحدهاي كوچكتر نيز در خازنها مرسوم است. ميكروفاراد µF، نانوفاراد nF و پيكوفاراد pF واحدهاي كوچكتر فاراد هستند.

نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن (C) گویند؛ که مقداری ثابت است.
در این رابطه: C = ظرفیت خازن بر حسب فارادQ = بار ذخیره شده برحسب کولن V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت ε0 = قابلیت گذر دهی خلا است k (بدون یکا) = ثابت دی‌الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیط های دیگر مانند شیشه و روغن ۱ A = سطح خازن بر حسب m^2 d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب متر(m) به صفحات خازن، جوشن های خازن نیز می گویند که معمولا از آلومینیوم، نقره، قلع و روی ساخته می شوند.

صفحات خازن َدر فاصله ای بسیار نزدیک به هم قرار می گیرند. عایق بین صفحات خازن معمولا از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم می باشد. به عایق بین صفحات خازن دی الکتریک می گویند. دی الکتریک ها انواع مختلفی دارند و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می شود، معرفی می گردند. این ضریب را ضریب دی الکتریک می نامند و آن را با εr ( اپسیلن آر ) نمایش می دهند. ضریب دی الکتریک هوا را 1 در نظر می گیرند.

ساختمان خازن

ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود: 1. صفحات هادی 2. عایق بین هادیها (دی‌الکتریک)
هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم، روی و نقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی‌الکتریک) از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود.

هر چه ضریب دی‌الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی‌الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال، ضریب دی‌الکتریک هوا ۱ و ضریب دی‌الکتریک اکسید آلومینیوم ۷ می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم ۷ برابر خاصیت عایقی هوا است.

نحوه محاسبه ظرفیت خازن

در این قسمت قصد داریم نحوه بدست آوردن ظرفیت خازن را با مثال توضیح یدیم.

مثال ۱: قرار گرفتن خازن با دو صفحه موازی

مطابق با این شکل، دو صفحه تخت را تصور کنید که مساحت سطح هرکدام از آن‌ها برابر با A و فاصله آن‌ها برابر با d باشد. طبق شکل زیر صفحه بالا دارای بار Q+ است و صفحه پایین بار Q- را در خود دارد.

می‌توان در بین دو صفحه باتری قرار داد، این باتری در حقیقت اختلاف پتانسیلی در دو سر خازن ایجاد می‌کند که منجر به جداسازی بارها از یکدیگر می‌شود. در اینجا برای به دست آوردن ظرفیت C، در ابتدا بایستی میدان الکتریکی بین دو صفحه را بررسی کنیم. این نکته را در نظر بگیرید که یک خازن واقعی دارای اندازه‌ای محدود است. بنابراین خطوط میدان الکتریکی در لبه آن به صورت خط راست نخواهند بود. نمیتوان میدان الکتریکی را در نزدیکی لبه صفحات فقط به صورت خطوط راست تصور کرد. به این پدیده «اثر لبه» (Edge Effect) گفته می‌شود. در تصویر هم نشان داده شده که میدان الکتریکی در نزدیکی لبه بصورت منحنی در آمده است. این انحنا همان اثر لبه را نشان می‌دهد.

توصیفات بالا مربوط به حالت واقعی است. این در حالی است که به‌منظور استخراج فیزیک خازن، مطابق با شکل ۱،  زمانیکه میدان بصورت خطوطی راست  کاملا بین صفحات قرار گرفته‌ باشد. در چنین شرایطی دو صفحه موازی را فرض کنید که روبروی هم قرار گرفته و طول آن‌ها بینهایت است. چگالی سطحی الکتریکی این دو صفحه را برابر با σ فرض کنید. قانون گاوس در نزدیکی این دو صفحه را می‌توان به شکل زیر بیان کرد:

سطح گاوسی را در شکل زیر در نظر بگیرید که در آن سطحی به مساحت ‘A از صفحه مثبت را در بر گیرد.

با توجه به سطح گاوس، میدان الکتریکیِ E میان دو صفحه برابر است با:

با محاسبه میدان الکتریکی می‌توان اختلاف پتانسیل دو صفحه را پیدا کرد. در این فرمول می‌توان با استفاده از میدان الکتریکی میان دو صفحه، اختلاف پتانسیل بین آن‌ها را بدست آورد:

نکته مهم در فرمول بالا این است که مسیر انتگرال‌گیری از صفحه مثبت به سمت منفی در نظر گرفته شده است. در تمامی این مسیر بردار دیفرانسیلی جابجایی و بردار میدان الکتریکی هم‌جهت هستند. پس جهت میدان الکتریکی همواره از پتانسیل بیشتر به سمت پتانسیل کمتر است (_–V₊ > V) می رود؛پس برای محاسبه ظرفیت خازن تنها از اندازه اختلاف پتانسیل استفاده می‌کنیم و علامت آن مهم نیست. در نتیجه اختلاف پتانسیل میان این دو صفحه برابر است با:

در بالا عنوان کردیم که ظرفیت یک خازن برابر است با  مقدار باری که با اعمال اختلاف ولتاژ ۱ ولت بین دو صفحه جابجا می‌شود. بنابراین ظرفیت خازن در این حالت با استفاده از رابطه زیر قابل توصیف است.

می دانیم که ظرفیت یک خازن تنها به ویژگی‌های فیزیکی آن وابسته است. برای نمونه در حالتی که دو صفحه تخت وجود داشته باشد، این پارامتر به مساحت سطح دو صفحه (A) و هم‌چنین فاصله آن‌ها (d) مرتبط است. بنابراین هر‌چه فاصله دو صفحه کمتر و یا مساحت آن‌ها بیشتر باشد، خازن ظرفیت بیشتری خواهد داشت

از کجا بفهمیم خازن سالم است یا سوخته؟

مهمترین علائم سوختن انواع خازن ها عبارتند از:باد کردن خازن-ترکیدن یا ترک داشتن خازن-بو دادن خازن-خارج شدن مقداری روغن از خازن.

در صورتیکه موارد بالا را مشاهده کردید بدانید که خازن سوخته و یا دچار مشکلی شده است.بهترین کار تعویض خازن میباشد.در بعضی مواقع دیده شده که خازن با توجه به اینکه باد کرده و یا ترک کرده ،بازهم کار میکند.در این صورت هم باید خازن را تعویض کنید.چنانچه با توجه به مشکلات پیش آمده با خازن کار کنید به احتمال زیااد بعد از مدتی سیم پیچ موتور دچار مشکل خواهد شد.زیرا خازن به درستی نمیتوند کار کند.

تست خازن

یکی ازز راهکار هایی که بفهمیم خازن سالم است یا نه،تست کردن آن میباشد.ابتدا 2 عدد سیم به سر خازن لحیم کنید،سپس 2 سر دیگر سیم برق را داخل پریز نمایید،بعد ازچند ثانیه سیم ها را بیرون آورده و به یکدیگر اتصال دهید.اگر جرقه بزرگی بعد از برخورد 2 سر سیم بهم اتفاق افتاد یعنی خازن سالم است.(شدت جرقه با توجه به قدرت خازن کم یا زیاد میباشد.) اگر جرقه خیلی کوچک بود به احتمال خیلی زیاد خازن قدرتش کم شده و بهتر است که آن را تعویض نمایید. این روش در مواقعی است که مولتی متر در دسترس نباشد و یا نتوانید با مولتی متر کار کنید.

عوامل خرابی خازن:

خازن‌ها، قطعات حساسی هستند که در صورت نامسائد بودن شرایط دچار سوختگی یا نیم‌سوز شدن می‌شوند. از عواملی که باعث خرابی خازن می‌شوند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• گرمای شدید: خازن‌ها در برابر گرمای زیاد آسیب پذیر می‌باشند. در نتیجه اگر گرما به صورت کنترل نشده‌ای در محل خازن بالا برود، خازن دچار خرابی خواهد شد.

• ولتاژ بالا: هر خازنی دارای ظرفیت مشخصی می‌باشد. زمانی که ماده دی الکتریک خازن توانایی تحمل اختلاف پتانسیل مابین دو صفحه را نداشته باشد، جریان مستقیم بین دو صفحه برقرار شده و ماده دی الکتریک از بین می‌رود. در این صورت خازن دچار خرابی و در برخی اوقات دچار انفجار می‌شود. همچنین نوسانات شدید برقی نیز باعث خرابی خازن‌ها خواهد شد.

• طول عمر خازن: هر خازنی طول عمر مشخص و معینی دارد. خازن‌هایی که در کولر گازی و کمپرسور مورد استفاده قرار می‌گیرند، معمولا طول عمری در حدود 7 سال دارند. هرچند برخی از عوامل باعث کاهش طول عمر آنها می‌شود. زمانیکه خازن عمر مفید خود را به پایان رسانیده باشد، لازم است تا خازن دیگری را جایگزین خازن قبلی خود کنید.

عوامل موثر در کاهش طول عمر خازن‌های کولر گازی و کمپرسور:

همانطور که پیش‌تر اشاره شد، گرمای شدید باعث خرابی خازن‌ها می‌شود. حال اگر این گرما باعث خرابی خازن شما نشود، طول عمر آن را کاهش خواهد داد. پس یکی از عوامل کاهش طول عمر خازن‌ها، گرما می‌باشد.
یکی دیگر از عوامل کاهش طول عمر خازن، چرخه نامنظم کمپرسور می‌باشد. اگر تعداد دفعات خاموش و روشن شدن کمپرسور به دلیل over-heating و یا فشار on و off، زیاد باشد، عمر خازن کاهش پیدا خواهد کرد.

انواع خازن ها

امیدواریم این مقاله که درباره خازن بود مفید واقع شده باشد.چنانچه هر سوالی درباره خازن ها و انواع آن داشتید ،خوشحال میشویم اگر در پاین همین پست مطرح کنید تا در سریعتریین زمان ممکن پاسخ دهیم.همچنین میتوانید تلفن تماس خود را قرار دهید تا همکارانمان با شما تماس بگیرند.

حسین موسوی نیا

من متخصص و پژوهشگر در زمینه هوای فشرده و انواع کمپرسور باد هستم و سعی می کنم تا جدیدترین و کارامدترین اطلاعات را در خصوص صنعت هوای فشرده با شما به اشتراک بگذارم.