31 пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ 2014

Зачем нужен конденсатор?

Единственная цель применения конденсаторов в автомобильных аудиосистемах - это борьба с просадками напряжения, т.е. стабилизация напряжения.

Просадки напряжения убили звук? Заряжай конденсатор!

Рис. 1. Конденсаторы - снаряды с электроэнергией.

Что плохого в просадках напряжения?

Наилучшее качество звучания и максимальную мощность усилители звука демонстрируют при стабильном напряжении 13,5 - 14 В. Но на практике, без применения конденсаторов, напряжение в системе питания далеко от идеала, а главное, совершенно не стабильно и проседает чуть ли не в такт музыке. При этом у любого усилителя звука значительно снижается эффективность работы, качество звучания и мощность.

Эффективности работы, т.е. уровень мощности и звуковых искажений любого усилителя звука напрямую зависит от напряжения на питающих клеммах.

Почему появляются просадки напряжения?

Во-первых , штатный автомобильный аккумулятор не способен отдавать большие токи достаточно быстро из-за своего большого внутреннего сопротивления (от 30мОм). В результате, вместо 13,5 - 14 В даже при работающем двигателе, особенно в моменты пиковой мощности, например, ударов по барабанам или другого басового импульса, напряжение может проседать на несколько вольт. Такое падение напряжения однозначно приводит к значительному снижению мощности и появлению звуковых искажений, ощутимых на слух даже неопытному слушателю.

Во-вторых , значительная удаленность аккумулятора от усилителей требует применения довольно длинных силовых кабелей. Любой кабель, даже если он сделан из меди и самого подходящего сечения имеет свое, пусть и небольшое сопротивление. Чем длиннее кабель, тем больше его сопротивление, тем больше он препятствует мгновенной передаче больших токов.

В-третьих , в электрической цепи присутствует множество соединительных элементов: держателей предохранителей, разветвителей питания, клемм и др. Каждый из этих элементов соединяет разные металлы, создавая так называемое переходное сопротивление. Конечно, качественные латунные соединительные элементы незначительно влияют на общие просадки напряжения. Однако, как правило, в погоне за ценой многие используют соединительные элементы из низкокачественных сплавов на основе цинка. Это приводит к энергетическим потерям на данных участках цепи.

Как конденсатор решает эту проблему?

Конденсатор или накопитель - это источник питания, который обладает мгновенной скоростью отдачи электроэнергии. Когда штатный аккумулятор и кабели “не успевают предоставить” очередную порцию энергии, усилитель мгновенно получает ее от конденсатора. Отдав частично или полностью свой заряд, конденсатор также мгновенно заряжается. Таким образом, конденсатор стабилизирует напряжение в системе питания.

Проведем аналогию. Представим, что электрический ток - это вода. Для максимально эффективной работы усилителям звука нужно много энергии, т.е. воды. Тогда штатный аккумулятор - это большая бутылка с узким горлышком. Через горлышко не может вылиться много воды сразу, которую требуют усилители звука для обработки мощного широкополосного сигнала или басового импульса. В таком случае, конденсатор - это ведро. Ведром можно быстро черпать и выливать большое количество воды. Таким образом и конденсатор мгновенно отдает и получает снова свой заряд, стабилизируя напряжение на питающих кабелях усилителя.

Рис. 2. Конденсаторы и штатный АКБ как ведро и бутылка.

Конденсатор конденсатору - рознь!

Подавляющее большинство автомобильных аудиосистем просто не может раскрыть свой потенциал ввиду отсутствия конденсаторов в системе питания. Однако, почему же так много споров и мифов по поводу необходимости их применения? К большому сожалению, значительное множество компаний производят низкокачественные конденсаторы, которые не имеют заявленных емкостей и тем более низкого сопротивления. Такие конденсаторы не снижают просадки напряжения, зато имеют красивую упаковку и низкую цену. Доступный товар всегда становится массовым. Отсюда и армия недовольных, считающих, что от конденсаторов нет толку. Подробнее о "пустышках", затмивших рынок caraudio, читайте в статье

Асинхронные двигатели получили широкое применение в промышленности. Но электрические агрегаты небольшой мощности с успехом могут быть использованы и в быту. Для его функционирования необходимо вращающееся магнитное поле.

Однако однофазные двигатели не будут вращаться без созданного сдвига фаз, который организуется при помощи дополнительной обмотки и фазосдвигающим элементом. В качестве последнего подойдут конденсаторы MAL2118 .

Конденсатор можно подключить различными методами. Существует три различные схемы:

• пусковая;
• рабочая;
• смешанная.

Стоит отметить, что наиболее распространённой схемой является первая (пусковая). Её отличительная особенность заключается в том, что конденсатор включается в сеть двигателя только на момент его старта.

Затем электрический агрегат самостоятельно поддерживает своё вращение. Подобная схема включения позволяет не только экономить средства на установке комплектации (провода меньшего сечения), но и экономить на электроэнергии.

Не нужно забывать о том, что существует весьма вероятная угроза перегрева, которая в большинстве случаев зависит от местности в которой используется двигатель. В качестве защиты рекомендуется установить термореле.

Означенная схема выгодна в первую очередь тем, что позволяет исправлять искажения магнитного поля, тем самым сокращая потери на вихревые токи и повышая коэффициент полезного действия.

Конденсатор остаётся включённым весь период работы двигателя. Однако и в этом методе есть ложка дёгтя. Включение с рабочим конденсатором значительно ухудшает пусковые характеристики асинхронной машины.

Именно по этой причине инженеры советуют прийти к компромиссу и использовать сразу две схемы, объединённые в одну.

Благодаря использованию сразу двух схем, пусковые характеристики будут средними (вполне приемлемыми с точки зрения использования ресурсов).

Помните! Перед тем, как выполнять включение при помощи конденсатора, необходимо в обязательно порядке при помощи мультиметра оценить работоспособность электрического элемента (даже если он абсолютно новый).

Александр Шенрок наглядно продемонстрирует методы пуска асинхронного двигателя при помощи конденсатора:

Самый простой способ включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть, это с помощью одного фазосдвигающего конденсатора. В качестве такого конденсатора нужно использовать только неполярные конденсаторы, а не полевые (электролитические).

Фазосдвигающий конденсатор.

При подключении трехфазного электродвигателя к трехфазной сети пуск обеспечивается за счет переменного магнитного поля. А при подключении двигателя к однофазной сети достаточный сдвиг магнитного поля не создается, поэтому нужно использовать фазосдвигающий конденсатор.

Емкость фазосдвигающего конденсатора нужно рассчитать так:

• для соединения «треугольником» : Сф=4800 I/U;
• для соединения «звездой» : Сф=2800 I/U.

Об этих типах соединения можно подробнее ознакомиться :

В этих формулах: Сф – емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ; I– номинальный ток, А; U– напряжение сети, В.

В этой формуле такие сокращения: P – мощность электродвигателя, обязательно в кВт; cosф – коэффициент мощности; n – КПД двигателя.

Коэффициент мощности или смещения тока к напряжению, а также КПД электродвигателя указывается в паспорте или в табличке (шильдике) на двигателе. Значения эти двух показателей часто бывают одинаковыми и чаще всего равны 0,8-0,9.

Грубо можно определить емкость фазосдвигающего конденсатора так: Сф=70 P. Получается так, что на каждые 100 Вт нужно по 7мкФ емкости конденсатора, но это не точно.

В конечном итоге правильность определения емкости конденсатора покажет работа электродвигателя. Если двигатель не будет запускаться, значит, емкости мало. В случае, когда двигатель при работе сильно нагревается, значит, емкости много.

Рабочий конденсатор.

Найденной по предложенным формулам емкости фазосдвигающего конденсатора достаточно только для пуска трехфазного электродвигателя, не нагруженного. То есть, когда на валу двигателя нет никаких механических передач.

Рассчитанный конденсатор будет обеспечивать работу электродвигателя и когда он выйдет на рабочие обороты, поэтому такой конденсатор еще называется рабочим.

Пусковой конденсатор.

Ранее было сказано, что ненагруженный электродвигатель, то есть небольшой вентилятор, шлифовальный станок можно запустить от одного фазосдвигающего конденсатора. А вот, запустить сверлильный станок, циркулярную пилу, водяной насос уже не получиться запустить от одного конденсатора.

Чтобы запустить нагруженный электродвигатель нужно к имеющемуся фазосдвигающему конденсатору кратковременно добавить емкости. А конкретно, нужно уже к подсоединенному рабочему конденсатору подключить параллельно еще один фазосдвигающий конденсатор. Но только на короткое время на 2 – 3 секунды. Потому что когда электродвигатель наберет высокие обороты, через обмотку, к торой подключены два фазосдвигающих конденсатора, будет протекать завышенный ток. Большой ток нагреет обмотку электродвигателя, и разрушит ее изоляцию.

Подключенный дополнительно и параллельно конденсатор к уже имеющемуся фазосдвигающему (рабочему) конденсатору называется пусковым.

Для слабонагруженных электродвигателей вентиляторов, циркулярных пил, сверлильных станков емкость пускового конденсатора выбирается равной емкости рабочего конденсатора.

Для нагруженных двигателей водяных насосов, циркулярных пил нужно выбирать емкость пускового конденсатора в два раза больше, чем у рабочего.

Очень удобно, для точного подбора нужных емкостей фазосдвигающих конденсаторов (рабочего и пускового) собрать батарею параллельно соединенных конденсаторов. Конденсаторы соединенные вместе нужно взять небольшими емкостями 2, 4, 10, 15 мкФ.

При выборе по напряжению любого конденсатора нужно пользоваться универсальным правилом. Напряжение, на которое конденсатор рассчитан должно быть в 1,5 раз выше того напряжения, куда он будет подключен.

Если заглянуть внутрь корпуса любого электроприбора, можно увидеть множество различных компонентов, применяемых в современной схемотехнике. Разобраться, как работают все эти соединенные в единую систему резисторы, транзисторы, диоды и микросхемы, довольно сложно. Однако для того чтобы понять, зачем нужен конденсатор в электрических цепях, достаточно знаний школьного курса физики.

Устройство конденсатора и его свойства

Конденсатор состоит из двух или более электродов – обкладок, между которыми помещен слой диэлектрика. Такая конструкция обладает способностью накапливать электрический заряд при подключении к источнику напряжения. В качестве диэлектрика могут использоваться воздух или твердые вещества: бумага, слюда, керамика, оксидные пленки.

Основная характеристика конденсатора – постоянная или переменная электрическая емкость, измеряемая в фарадах. Она зависит от площади обкладок, зазора между ними и вида диэлектрика. Емкость конденсатора определяет два важнейших его свойства: способность накапливать энергию и зависимость проводимости от частоты пропускаемого сигнала, благодаря которым этот компонент получил широкое применение в электрических цепях.

Накопление энергии

Если подключить плоский конденсатор к источнику постоянного напряжения, на одном из его электродов будут постепенно собираться отрицательные заряды, а на другом – положительные. Данный процесс, называемый зарядкой, показан на рисунке. Его длительность зависит от значений емкости и активного сопротивления элементов цепи.

Наличие диэлектрика между обкладками препятствует протеканию заряженных частиц внутри устройства. Но в самой цепи в это время электрический ток будет существовать до тех пор, пока напряжения на конденсаторе и источнике не станут равны. Теперь, если отключить элемент питания от емкости, она сама будет являться своеобразной батарейкой, способной отдавать энергию в случае подсоединения нагрузки.

Зависимость сопротивления от частоты тока

Подключенный к цепи переменного тока конденсатор будет периодически перезаряжаться в соответствии с изменением полярности питающего напряжения. Таким образом, рассматриваемый электронный компонент, наряду с резисторами и катушками индуктивности, создает сопротивление Rс=1/(2πfC), где f – частота, С – емкость.

Как видно из представленной зависимости, конденсатор обладает высокой проводимостью по отношению к высокочастотным сигналам и слабо проводит низкочастотные. Сопротивление емкостного элемента в цепи постоянного тока будет бесконечно большим, что эквивалентно ее разрыву.

Изучив эти свойства, можно рассмотреть, зачем нужен конденсатор и где он используется.

Где применяются конденсаторы?

• Фильтры – устройства в радиоэлектронных, энергетических, акустических и других системах, предназначенные для пропускания сигналов в определенных диапазонах частот. Например, в обычном зарядном устройстве для мобильного телефона применяются конденсаторы для сглаживания напряжения за счет подавления высокочастотных составляющих.
• Колебательные контуры электронной аппаратуры. Их работа основана на том, что при включении конденсаторов в совокупности с катушкой индуктивности в цепи возникают периодические напряжения и токи.
• Формирователи импульсов, таймеры, аналоговые вычислительные устройства. В работе этих систем используется зависимость времени заряда конденсатора от величины емкости.
• Выпрямители с умножением напряжения, применяемые в том числе в рентгенотехнических установках, лазерах, ускорителях заряженных частиц. Здесь важнейшую роль играет свойство емкостного компонента накапливать энергию, сохранять и отдавать ее.

Конечно, это только самые распространенные устройства, где используются конденсаторы. Без них не обойдется ни одна сложная бытовая, автомобильная, промышленная, телекоммуникационная, силовая электронная аппаратура.

1. Для того чтоб не было просадки напряжения
2. Для устранения помех и пульсаций

Рассмотрим вариант (1):
Из школьного курса физики
1ампер X 1сек = 1 кулон,
1ампер X 1вольт = 1 ватт,
1ампер X 1ом = 1 вольт,
1фарада X 1вольт = 1 кулон.
Таким образом в конденсаторе запасается
1фарад Х 12 вольт = 12 кулон
Существует слух то что для киловаттника хватает 1 фарада (как обычно с потолка)
1000 ватт усилитель это 12 вольт Х 83 Ампер = то есть за 1 секунду 83 кулона
12 \ 83 = за 0,15 секунды разрядится конденсатор (до ноля), если к нему подсоединить усилитель напрямую без аккумулятора.
Но это в идеальном теоретическом расчете на самом деле,
после разряда конденсатора до 9 вольт он уже бесполезен (разряд электролитического конденсатора идет не равномерно, напряжение падает вначале быстро, а затем медленно, очень похоже на АКБ)
и даже если учесть что напряжение может быть 14 вольт все равно теоретически через 0,1 секунды конденсатор перестанет тянуть нагрузку, напряжение упадет ниже 9 вольт (если без АКБ)
НО! У нас происходит постоянная подпитка от аккумулятора (и м.б. генератора)
И конденсатор берет на себя только часть мощности
Какую? Ну если говорить о том что он нужен в любой системе значит 10% точно наверно берет, а если меньше тады *** он нужен?
Ладно 10% это 8 кулон… ну с натяжкой 0,5 секунды он будет реально помогать, а потом, что он есть, что его нет - разницы не будет! (пока громкость не убавишь)
а вдруг на конденсатор еще меньше нагрузка приходится?
Ну пусть 1% (хотя дешевле кабель потолще пробросить чем тратить на конденсатор деньги)
1% это 1 кулон вауу целых 6 секунд будет выполнять функции по энерго подпитке а потом (через 6 секунд громкой музыки) напряжение на усилителе будет таким же как если бы не было конденсатора.

Дык че же тогда получается зачем он этот загадочный конденсатор?

Рассмотрим вариант (2):
А зачем же тогда прожженные аудиофилы ставят конденсаторы?
Ответ прост: хороший конденсатор это оооочень хороший подавитель ВЧ помех (и НЧ конечно) и всякого рода пульсации тока, скачки напряжения при включении вентиляторов, сетевой шум, вот от этого он очень даже спасет.
и когда ваша супер-аудифильская система безукаризненно воспроизводит божественную музыку, вы же нехотите услышать в динамиках, что включился вентилятор двигателя (типа щелчёк), вот для этого и ставят

Аргументы за установку конденсатора выглядят примерно так:
! - у меня фары моргали в такт с музыкой, а теперь после установки конденсатора перестали…
Да так бывает, проблема моргания упирается в плохой аккумулятор и возможно слабый генератор, после установки конденсатора фары моргать не будут они плавно притухнут и так и будут притухшими пока громкость не убавить. Конденсатор в таком режиме долго не проживет, аккумулятор тоже, да и на генератор нагрузка большая.
В таком случае лучше заменить АКБ ведь стоимость конденсатора практически сравнима со стоимостью АКБ.

!: - у меня до установки конденсатора на басах было попёрдывание, а после установки перестало…
Значит усилитель имел поганый блок питания и стоил меньше конденсатора и скорей всего либо проводка либо АКБ не соответствуют нагрузке
Либо то и другое и третье

!: - Я заменил АКБ, поставил 4 конденсатора, а у меня генератор воет как тамбовский волк и фары моргают …
Возможно мощность у системы запредельная, примерно после 1500 Ватт уже можно задумываться о дополнительном специальном генераторе

Возможно будет критика, но все же…

ВЫВОДЫ
1. Учитывая что стоимость хорошего конденсатора сравнима со стоимостью хорошей АКБ, а ток разрядки даже простой АКБ около 300Ампер (3600 Ватт\час),
лучше поставить более емкую и мощную АКБ например оптиму (OPTIMA Batteries) ценою ~6000р. (ток 700-900А) или современный гелевый аккумулятор (как оптима почти) типа "Титан Gel", цена около 4000 (ток 500-600А).
2. Ставить конденсатор обязательно рядом с усилителем, в системе где проложены силовые провода соответствующие мощности, это полный бред, если кондер будет стоять рядом с АКБ или где-нибудь еще (между АКБ и усилителем, да даже если еще где) он будет так же качественно выполнять свою роль.
3. Если кабель питания не соответствует мощности системы, то даже поставив конденсатор рядом с усилителем, на него упадет слишком большая нагрузка, это все равно не решит проблему, это экономически не целесообразно.
4. 1фарад на 1 киловатт тоже соотношение совершенно непонятное, я не могу понять чем будет хуже 0,5 фарад на 1 киловатт или 2 Ф на 1Кв, нет разница конечно будет, но настолько незначительная, что о ней и говорить не надо
(конденсаторы Prology, Mystery, Fusion и т.п. вообще в расчет не берутся т.к. Г-полное