á 2024/06/11 793

Þéttihandbókin: Series Vs.Samhliða stillingar

Í rafmagnsverkfræði sýna þéttar marga notkun, sérstaklega þegar þeim er raðað í röð eða samsíða hringrásum.Þetta fyrirkomulag hefur áhrif á þéttni, orkugeymslu og skilvirkni rafkerfa.Þessi grein skoðar hvernig þéttar virka í röð og samhliða uppsetningum með því að nota dæmi og kenningar til að skýra mismun þeirra.Það miðar að því að veita skýran skilning á því hvernig eigi að nota þétta á áhrifaríkan hátt í ýmsum tækni, allt frá daglegu rafeindatækni til háþróaðra iðnaðarvéla.

Vörulisti

Mynd 1: Þétti hringrás

Þéttar í rafrásum

Í rafrásum, Þéttar Berið fram tilgang bæði að geyma og losa rafhleðslu.Þeir eru með tvær leiðandi plötur aðskildar með einangrunar dielectric.Geta þeirra til að halda hleðslu er mæld í Farads.

Mynd 2: Þétti

Þéttum er hægt að tengja í röð eða samsíða.Í röð draga fleiri þéttar úr heildarþéttni, gagnlegar til að ná lægri þéttni.Samhliða auka fleiri þéttar heildarþéttni, tilvalið fyrir mikla þéttni í litlum rýmum, svo sem aflgjafa síur.Rafmagnsefnið hefur áhrif á afköst þétti, ákvarðar hámarks hleðslu, sundurliðun spennu og tíðnisvörun hringrásar.Háþróaðir þéttar nota efni eins og keramik, tantal eða fjölliða salta til að fá hærri þéttni, hitastigsstöðugleika og lágan leka.

Mynd 3: Þétti

Eiginleikar þétta í röð og samsíða

Hérna er einföld skýring á eiginleikum þeirra og hvernig hægt er að skipuleggja þessar stillingar til að fá tilætluðu þéttni.

Þéttar í röð

Mynd 4: Rýmdasería

Þegar þú tengir þétta í röð verður heildarþéttni minni.Þetta gerist vegna þess að gjaldið þarf að ferðast í gegnum meira efni, sem gerir það erfiðara að geyma gjald.Heildarþéttni (1/c_Alls) er summan af gagnkvæmni hvers og eins þéttis (1/c₁ + 1/c₂ + ... + 1/c_n).Heildarþéttni er alltaf minna en minnsti þétti í seríunni.Formúlan til að reikna heildargetu í röð er:

Hringrásarhönnuðir verða að taka tillit til þessa aðgerðar þegar þeir velja þétta til að uppfylla sérstakar þéttni kröfur.Hagnýtar þvinganir eins og rými og notkunarþörf geta takmarkað fjölda þétta í röð og mismunandi spennudreifing getur bætt flækjum nema þéttar séu eins.

Þéttar samhliða

Mynd 5: Þéttni samsíða

Þegar þéttar eru tengdir samhliða eykst heildarþéttni.Þetta er vegna þess að sameinað yfirborð allra þétta gerir kleift að geyma meiri hleðslu við sömu spennu.Heildarþéttni (c_Alls) er summan af þétti hvers þétti (c₁ + C₂ + ... + c_n).Heildarþéttni verður meiri en stærsti eini þétti.Formúlan til að reikna heildargetu samhliða er:

Þrátt fyrir að hægt sé að tengja ótakmarkaðan fjölda þétta samhliða, takmarka hagnýtar takmarkanir eins og líkamlegt rými, tilgangi hringrásar og hönnunarþvinganir oft töluna.Hágæða þéttar með viðeigandi spennueinkunn og vikmörk eru góð fyrir áreiðanlega afköst hringrásar.Þessi formúla gerir kleift að ná nákvæmri stjórn á þéttni gildi, sem gerir hönnuðum kleift að hámarka hegðun hringrásar, orkunýtni og afköst, sem gerir það að hornsteini rafeindatækni og rafmagnsverkfræði.

Mynd 6: Röð og samsíða

Röð þétti hringrás og dæmi

Röð þétti hringrás er með þétti sem tengdir eru í röð eftir sömu leið og tryggir að sams konar hleðslur eða straumar gangi í gegnum hvern íhlut.Það tryggir samræmda straumstreymi yfir þétta, grundvallarþátt til að skilja hegðun slíkra hringrásar.

Mynd 7: Röð þétti hringrás

Í röð uppsetningar verður hver þétti að takast á við sömu hleðslu.Þegar DC spennugjafi er beitt ræður röð tengingarinnar að hlaða dreifingu meðfram þéttum til að viðhalda þessu jafnvægi.Til dæmis, ef spennugjafi er tengdur þvert á þétta C₁, C₂, og c₃ Með gildi 2f, 4f og 6f hver um sig kemur eftirfarandi:

• Hægri hlið C₃ verður jákvætt hlaðinn vegna aðdráttarafls rafeinda gagnvart jákvæðu flugstöðinni á rafhlöðunni.

• Þessi halli á rafeindum á C₃Hægri plata framkallar svipaðan halla á C₂Hægri plata og í röð eru sömu áhrif á C1.

• Þessi keðjuverkun yfir þétta tryggir samræmda dreifingu hleðslu.

Dæmi:

Miðað við rafrýmd C.₁= 2f, c₂= 4f, c₃= 6f og DC spennu 10V, við getum ákvarðað hleðslu og spennudreifingu:

Mynd 8: Dæmi um röð

Útreikningur á ctotal skilar um það bil 0,92F.

Notkun Q = C × V, þar sem Q er hleðslan og V er spenna:

Þannig hefur hver þétti hleðslu 9,2c.

Spenna yfir hvern þétti er að finna með V = CQ:

Summan af einstökum spennum, V₁+V₂+V₃, ætti að jafna upprunaspennuna (10V).Hér reiknar það út í um það bil 8,43V, sem gefur til kynna mögulega villu eða útreikningskekkju í fyrstu áætlunum okkar eða forsendum.

Samhliða þétti hringrás og dæmi

Samhliða þéttirás er rafræn uppsetning þar sem þéttar eru tengdir hlið við hlið yfir sameiginlega punkta, sem gerir hver og einn kleift að starfa sjálfstætt undir sömu spennu.Þetta er frábrugðið röð hringrásum, þar sem þéttar deila hleðslu.

Mynd 9: Samhliða þétti

Samhliða er spenna yfir hvern þétti sú sama.Hleðslan sem hver þétti geymir er þó breytilegur miðað við þéttni þess.Hærri þétti þýðir að þétti getur geymt meiri hleðslu.Til dæmis, ef við erum með þétta 8 Farads (F) og 4F, mun 8F þétti geyma meiri hleðslu en 4F þéttarinn þegar báðir eru undir sömu spennu.

Einn lykill kostur samsíða þétta er aukningin á heildarþéttni.Ólíkt röð hringrásar, þar sem heildarþéttni er minni en nokkur þétti, samhliða, er heildarþéttni summan af öllum þéttni.Þetta gerist vegna þess að plötusvæðið eykst í raun án þess að breyta fjarlægðinni á milli þeirra og auka getu hringrásarinnar til að geyma hleðslu.

Dæmi:

Mynd 10: Sýnishorn samsíða

Hugleiddu hringrás með þremur þéttum sem tengdir eru samhliða 10V DC aflgjafa.Þéttarnir hafa þessa þéttni: C₁ = 8f, c₂ = 4f, og c₃ = 2f.Hver þétti upplifir sömu 10V, en geymir mismunandi hleðslur út frá þéttni þeirra:

Þétti c₁: Með 8F geymir það hleðslu 80 Coulombs (C), reiknað sem Q = C × V, sem er 8F × 10V = 80C.

Þétti c₂: Með 4F geymir það hleðslu 40C, reiknað sem 4F × 10V = 40C.

Þétti c₃: Með 2F geymir það hleðslu 20c, reiknað sem 2F × 10V = 20C.

Heildargjaldið í hringrásinni er summan af öllum gjaldunum: Q_T.= Sp₁+Sp₂+Sp₃= 80c+40c+20c = 140c

Þessi viðbót sýnir hvernig samsíða þéttirás eykur hleðslugeymslu með því að sameina þéttni einstakra þétta.Samhliða þéttirás eykur heildarþéttni og hleðslugetu, þar sem hver þétti upplifir sömu spennu.

Orka geymd í þéttum í röð og samsíða

Til að skilja hvernig orka er geymd í þéttum raðað í röð eða samsíða byrjum við á grunnformúlunni fyrir orkuna sem er geymd í einum þétti:

Hér, u_C. Er orkan í joules, Q er hleðslan í Coulombs og C er þéttni í Farads.

Orka í röð þétti

Fyrir þétta í röð skaltu íhuga tvo þétta með þétti C1 og C2.Samband hleðslu og spennu fyrir hvern þétti er gefið með C = VQ.Í röð stillingar er sama hleðsla Q á hverjum þétti:

Heildarorka sem geymd er í kerfinu er summan af einstökum orku:

Þetta sýnir að virkt þétti röð þétta er gagnkvæm summa einstaklingsrýmisins, sem dregur úr heildarþéttni og breytir orkugeymslu samanborið við stakar eða samsíða stillingar.

Orka í samsíða þéttum

Fyrir þétta samhliða hefur hver þétti sömu spennu yfir það.Orkan fyrir hvern og einn er hægt að tjá með spennubundinni formúlu:

Ef tveir þéttar C₁ og c₂ eru samhliða og hafa sömu spennu V yfir þá, heildar orkugeymsla þeirra er:

Þessi útreikningur sýnir að heildarþéttni samsíða þétta er summan af einstökum þéttum, sem eykur heildarorkuna sem geymd er samanborið við einstaka eða röð stillingar.

Kostir og gallar þétta í röð

Notkun þétta í röð býður upp á nokkra kosti, þar á meðal aukna heildar vinnuspennu.Þessi uppsetning gerir einnig kleift að fá skilvirkari spennujafnvægi, sérstaklega þegar viðnám viðnáms (um 100 kΩ eða hærra) er sett yfir hvern þétti til að tryggja jafna dreifingu á spennu.

Notkun þétta í röð fylgir göllum, þar með talið málinu um ójöfn spennuskiptingu.Tilbrigði í lekastraumum, sérstaklega í rafgreiningarþéttum, geta leitt til þess að einn þétti upplifir ofspennu, sem getur leitt til skemmda.Minniháttar munur á framleiðslu- eða öldrunartíðni stuðlar einnig að breytileika í lekastraumi, sem hefur áhrif á dreifingu spennu.Lekastraumurinn í rafgreiningarþéttum hefur tilhneigingu til að aukast með tímanum, sérstaklega ef þeir eru ekki reglulega notaðir.Jafnvel með jafnvægisviðnám á sínum stað er það að skilja eftir framlegð í vinnuspennunni, sérstaklega fyrir rafgreiningarþétta, til að tryggja áreiðanlega notkun.

Kostir og gallar þétta samhliða

Aukin orkugeymsla: Að tengja þétta í samsíða geymir meiri orku en þegar þeir eru í röð vegna þess að heildarþéttni þeirra er summan af öllum þéttum.

Betri spennujafnvægi: Samhliða þéttibankar ná betri spennujafnvægi með færri jafnvægisviðnám, draga úr kostnaði og aflstapi.

Kostnaðar skilvirkni: Færri jafnvægisviðnám í samhliða tengingum Spara peninga og einfalda kerfið.

Spenna takmörkun: Í samhliða hringrás deila allir þéttar sömu spennu.Hámarksspenna er takmörkuð af lægsta metnum þétti.Til dæmis, ef einn þétti er metinn á 200V og aðrir við 500V, getur allt kerfið aðeins séð um 200V.

Öryggisáhætta: Samhliða þéttar geyma og losa mikið magn af orku fljótt, sem getur verið hættulegt ef skammhlaup er, sem getur valdið alvarlegu tjóni og meiðslum.

Áhætta kerfisbilunar: Í flóknum skipulagi, ef einn þétti bregst, verða hinir að takast á við alla spennuna, sem leiðir til hugsanlegs bilunar í öllu kerfinu.Þessi áhætta er minni í röð tenginga þar sem bilun eins þétti hefur ekki áhrif á hina.

Niðurstaða

Þessi ítarlega svip á þétta hjálpar okkur að skilja virkni þeirra og mikilvægu sjónarmiðin fyrir notkun þeirra í nútíma rafeindatækni.Uppsetningar röð auka vinnuspennu og stjórna dreifingu spennu en draga úr þéttni og auka næmi fyrir breytileika.Samhliða uppsetningar auka heildargeymslu og orkugeymslu, sem er gott fyrir orkustjórnun í litlum rýmum, en þær geta verið áhættusamar ef einn þétti bregst.Að velja á milli seríu og samhliða stillinga fer eftir sérstökum verkfræðiþörfum, jafnvægisrými, kostnaði og afköstum.Fræðileg og hagnýt innsýn leggur áherslu á vandlega val á þétti og hringrásarhönnun til að tryggja áreiðanlegt og skilvirkt rafkerfi.

Algengar spurningar [FAQ]

1. Hver eru áhrif röð þétti?

Röðunarþéttar eru fyrst og fremst notaðir til að draga úr viðnám hringrásar við hærri tíðni, sem bætir raforkuflutning yfir langar vegalengdir og eykur spennueftirlit.Þegar þéttar eru tengdir í röð minnkar heildarþéttni.Þessi uppsetning neyðir sömu hleðslu til að fara í gegnum alla þétta, sem leiðir til skiptingar á heildarspennu yfir hvern þétti í samræmi við þéttni gildi þess.Þetta einkenni er sérstaklega gagnlegt í forritum eins og merkjatengingu og síun, þar sem markmiðið er að loka fyrir beinan straum (DC) en leyfa skiptisstraumi (AC) að fara framhjá.

2. Hvenær á að nota röð þétta?

Röðunarþéttar eru notaðir þegar þörf er á að stilla viðnám hringrásar, sérstaklega í hátíðni forritum.Þeir eru einnig notaðir til að ná spennudeild í hringrás.Í raforkukerfum eru raðþéttar notaðir til að auka getu rafspennulína með því að bæta upp inductive viðbragð í löngum háspennulínum og þannig að meiri straumur rennur við sömu spennuskilyrði.

3. Hvernig veistu hvort tveir þéttar eru í röð?

Tveir þéttar eru í röð ef þeir eru tengdir enda-til-endir, með jákvæðu flugstöðinni á annarri tengdum við neikvæða flugstöð hinna, og það eru aðeins tvö tengingar sem tengjast öðrum hringrásarhlutum.Þetta fyrirkomulag tryggir að hleðslu- og losunarstraumurinn sem flæðir í gegnum þá er sá sami.Einnig er hægt að reikna heildargetu til að staðfesta þetta;Fyrir röð þétta er gagnkvæmt heildarþéttni summan af gagnkvæmni einstakra þéttni.

4. Hvaða áhrif eru samhliða þétti?

Þegar þéttar eru tengdir samhliða eykst heildarþéttni hringrásarinnar.Þessi uppsetning gerir hverjum þétti kleift að halda sömu spennu, sem leiðir til uppsöfnunar hleðslugetu yfir þétta.Samhliða þéttar eru oft notaðir til að koma á stöðugleika spennu og geyma meiri hleðslu í kerfum þar sem þörf er á hærra þéttni án þess að auka spennueinkunn einstakra þétta.

5. Eykur röð eða samsíða stillingar spennu?

Stillingin sjálf eykur ekki upphaflega framboðsspennu;Hins vegar er spennudreifing innan hringrásarinnar.Í röð stillingar er spennunni skipt á milli þétta eftir því hvaða þéttni þeirra er.Aftur á móti, í samsíða stillingu, er spenna yfir hvern þétti sú sama og framboðsspenna.

6. Er spenna sú sama?

Já, í samsíða hringrás er spenna yfir hvern þétti sú sama og jöfn heildarspennunni sem fylgir hringrásinni.Þessi samræmd dreifing spennu gerir samsíða þétta tilvalin fyrir forrit sem þurfa stöðuga spennu yfir marga hluti.