Файл: Бумажный конденсатор.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра физической электроники (ФЭ)

БУМАЖНЫЙ КОНДЕНСАТОР

Курсовая работа

по дисциплине

«Материалы электронной техники»


Студент гр. 320-1

________ Д.В. Бородин

«__» _______ 2022 г.
Руководитель

Профессор каф. ФЭ, д-р техн.наук, доцент

________ ________ Ю.В. Сахаров

«__» _______ 2022 г

Томск, 2022

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра физической электроники (ФЭ)
УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ФЭ

Троян П.Е.
ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Студента Бородину Данилу Валерьевичу

группы 320-1 факультета электронной техники.

Тема работы: Бумажный конденсатор.

Исходные данные:

⁻ Номинальное напряжение 250 В;

⁻ Емкость 5 мкФ.

Дата выдачи задания2022 г. Руководитель: Сахаров Ю.В.

Оглавление

Введение

Целью курсовой работы является расчет конструкции бумажного конденсатора с заданными характеристиками.

Конденсаторы в наше время являются незаменимыми частями во всех электрических цепях. Что такое конденсатор? Это элемент, который накапливает заряд и в определенный момент отдается последующим компонентам электрической цепи.

---

Бумажные конденсаторы являются компонентами современных электрических систем, используются там, где не требуется большая стабильность емкости. Они применяются в качестве блокировочных, развязывающих, разделительных фильтрующих элементов различных цепей с постоянным и переменным напряжениями [1].

Примером использования конденсатора в современном мире служит обычная компьютерная клавиатура. Нажимая на клавиши изменяется емкость конденсатора. Электрическая схема, подключенная к конденсатору, преобразует изменение емкости в код.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Основное понятие и классификация конденсатора

Конденсатор – один из самых распространённых компонентов электрической цепи, простроенный из двух проводниковых обкладок, между которыми есть слой диэлектрика [1].

На рисунке 1.1 показано схематическое изображение конденсатора.



1 – обкладки; 2 – слой диэлектрика

Рисунок 1.1 – Конструкция конденсатора
Конденсатор является устройством, которое накапливает электрический заряд, но в отличие от аккумуляторных батарей, может моментально отдать весь накопившийся заряд. Способностью накапливать электрический заряд в конденсаторе называется емкостью. Емкость по определению является отношение электрического заряда на обкладках к напряжению между его пластинами [1].

Конденсаторы различаются по рабочему напряжению на высоковольтные (больше или равно 1600 В) и низковольтные (меньше 1600 В) [1].

По слою диэлектрика конденсаторы делятся на четыре подкласса:

1. 
   с органическим диэлектриком;
   
2. 
   с оксидным диэлектриком;
   
3. 
   с неорганическим диэлектриком;
   
4. 
   с газообразным диэлектриком.
   

На рисунке 1.2 представлена классификация конденсаторов по диэлектрическому слою [2].



Рисунок 1.2 – Классификация конденсаторов по диэлектрическому слою

На рисунке 1.3 представлена классификация конденсаторов по емкости [2].



Рисунок 1.3 – Классификация конденсаторов по емкости

1.2 Бумажный конденсатор

---

Бумажный конденсатор относится к конденсаторам с постоянной емкостью. В качестве диэлектрика у него используется бумага. Для обкладок используется алюминиевая или медная фольга. Для повышения диэлектрической проницаемости бумаги, ее пропитывают синтетической жидкостью, например, машинным масло (рисунок 1.4) [3].



1 – пропитанная бумага; 2 – фольга

Рисунок 1.4 – Конструкция бумажного конденсатора в рулоне

Отличие между бумажным и металлобумажным конденсатором заключается в том, что на металлобумажном конденсаторе обкладки напыление тонким слоем металла на бумагу, которая является диэлектриком. Бумажные конденсаторы находят широкое применение в электронике, в основном благодаря своей дешевизне.

1.2.1 Виды бумажных конденсаторов

Конденсаторы КБП (конденсаторы бумажные помехоподавляющие) предназначены в электрических цепях постоянного тока и переменного тока с частотой 50 Гц с целью подавления радиопомех [4, 5].

Виды крепления конденсаторов КБП:

1. 
   КБП-С крепление скобой;
   
2. 
   КБП-Р крепление расположено на резьбе;
   
3. 
   КБП-Ф крепление фланцем.
   

Конденсаторы КБП выпускаются для постоянного тока с номинальным напряжением от 110 до 1500 В и для переменного тока с номинальным напряжением от 50 до 500 В. Емкость конденсатора КБП варьируется от 0,025 до 2 мкФ. Длина этого конденсатора варьируется от 55 до 126 мм, а диаметр от 14 до 40 мм [4, 5].

Бумажные конденсаторы в цилиндрическом корпусе БМ (конденсаторы бумагомасляные).

Конденсаторы БМ выпускаются в двух видах:

1. 
   БМ-1 с вкладными контактами;
   
2. 
   БМ-2 с паяными контактами.
   

Выпускаются конденсаторы БМ с емкостью от 470 до 2200 пФ и с номинальным напряжением 300 В, и с емкостью от 3300 до 0,022 мкФ и с номинальным напряжением 200 В. БМ-1 имеет размеры корпуса с диаметром 6 мм и длинной 17 мм. БМ-2 имеет такой же диаметр корпуса, но длина корпуса 20 мм [4, 5].

Конденсаторы К40П-2 (конденсатор бумажный низкочастотный) изготавливаются в цилиндрических металлических корпусах с разнонаправленным выводами [4, 5].

Конденсаторы К40П-2 выпускаются в двух видах:

1. 
   К40П-2А – c одним изолированным выводом;
   
2. 
   К40П-2Б – двумя изолированными выводами.
   

Конденсаторы К40П имеют емкость от 1000 до 6800 пФ, корпус этого конденсатора имеет диаметр 6мм и длинной 19 мм. Конденсаторы с емкостью от 0,015 до 0,047 мкФ корпус этого конденсатора имеет диаметр 11 мм и длинной 19 мм. Номинальное напряжение конденсатора К40П-2 равно 250 В при переменном токе с частотой 50 Гц, при постоянном токе номинальное напряжение равно 400 В. Характеристики конденсаторов К40П и БМ идентичные [4, 5].

---

Есть два типа бумажных конденсаторов с выступающей и скрытной фольгой (рисунок 1.5) [2].



1 – фольга; 2 – бумага; 3 – выступающие концы фольги; 4 – вкладные выводы

Рисунок 1.5 Схема намоток конденсатора: а – со смещений фольгой; б – вкладные выводы.
Безиндуктивные конденсаторы выполнены так, что выводы имеют более короткое соединение со всеми участками обкладок (рисунок 1.5, а). На рисунке 1.5, б изображен конденсатор, имеющий через определенное число витков вкладки проводников, которые соединены у общего вывода [2].

1.2.2 Диэлектрические материалы для бумажного конденсатора

Основными диэлектрическими материалами в бумажном конденсаторе являются конденсаторная бумага и масло. Маслом пропитывают саму бумагу для увеличения диэлектрической проницаемости. При изменении объёмного веса конденсаторной бумаги изменяются электрические характеристики диэлектрика. Чем плотнее бумага, тем больше электрическая прочность и диэлектрическая проницаемость. Бумага состоит из клетчатки и углерода [6].

Конденсаторная бумага изготавливается 4 видов (таблица 1.1):

1. 
   КОН – обычная бумага для бумажных конденсаторов;
   
2. 
   СКОН – конденсаторная бумага с минимальными диэлектрическими потерями;
   
3. 
   МКОН – конденсаторная бумага с большими электрическими потерями;
   
4. 
   ЭМКОН – конденсаторная бумага с минимальными электрическими потерями, но с большой электрической прочностью [6].
   

Тип бумаги (таблица 1.1):

1. 
   Н – конденсаторная бумага с минимальной влажностью;
   
2. 
   В – конденсаторная бумага с высокой электрической прочностью;
   
3. 
   0 – конденсаторная бумага с минимальными диэлектрическими потерями [6].
   

Таблица 1.1 – Виды и типы конденсированной бумаги [6]

Вид и тип бумаги	Толщина бумаги, мкм. для марок
	0,8	1	2	3	3,5
КОН КОН Н	– –	– –	4 – 30 5 – 30	8 – 15 8 – 15	– –
СКОН СКОН Н	– –	10 – 30 10 – 30	7 – 30 7 – 30	8 – 12 8 – 12	8 – 12 8 – 12
МКОН МКОН Н	10 – 20 10 – 20	8 – 30 8 – 30	6 – 30 6 – 30	8 – 15 8 – 15	– –
ЭМКОН В ЭМКОН	10 – 15 10 – 20	10 – 15 10 – 30	8 – 17 6 – 30	8 – 12 8 – 12	12,5 12,5
ЭМКОН О ЭМКОН ОВ	10 – 20 10 – 15	10 – 30 10 – 15	6 – 30 8 – 17	8 – 12 8 – 12	– –

---

Для повышения диэлектрических свойств, конденсаторную бумагу высушивают и пропитывают маслами. Для пропитки бумаги в конденсаторе используют синтаксические токопроводящие материалы с целью повышения диэлектрической проницаемости. Совол – продукт хлорирование нефталина, хорошо растворяется в бензине, является изоляционным материалом для пропитки конденсаторной бумаги. Недостаток этого материала заключается в том, что бумажные конденсаторы, пропитанные соволом, при большой температуре выходят из строя [7].

При пропитывании конденсаторной бумаги полярным диэлектриком, можно уменьшить габариты конденсатора и сэкономить при сборке активными материалами [8].

Таблица 1.2 – Характеристики пропиточных диэлектриков [3].

Пропиточная масса	Диэлектрическая проницаемость массы, εп	Плотность 1,0 г/см3		Плотность 1,2 г/см3
		ε	Кн	ε	Кн
Твердая (усадка 15%): парафин, церезин синтетический церезин хлорнафталин ланостерол Жидкая: Нефтяное масло, вазелин, октол Кремнийорганическая жидкость Касторовое масло хлордифенил нитросовол	2,2 2,5 5,0 10,0 2,2 2,5 4,5 5,0 7,0	3,5 3,7 4,9 5,8 3,7 4,1 5,6 6,0 6,75	162 153 116 98 153 138 101 94,5 84	4,2 4,4 5,25 5,9 4,5 4,8 6,0 6,15 6,17	135 129 108 96,6 126 118 94,5 92,5 92

Основным типом пропитки для бумаги служат жидкие материалы (таблица 1.2). Основным отличием жидкой пропитки от затвердевающей является то, что жидкая пропитка пропитывает все поры бумаги, но корпус бумажного конденсатора должен быть хорошо герметизирован. Для затвердевающей пропитки можно использовать дешевые корпуса, в которых нет герметизации, но при условии, что конденсатор не будет подвергаться влаги [8].

1.2.3 Материалы для обкладок бумажного конденсатора

В основном проводник для обкладок в бумажном конденсаторе используется алюминиевая фольга [8]. Медная фольга используется для вкладных выводов конденсатора, потому что имеет удельное сопротивление меньше, чем алюминий, значит хорошо проводит ток. Оловянная фольга используется крайне редко, так как у такой фольги плохая теплопроводность и высокая стоимость. Серебро стойкое к окислению металла, но удельное сопротивление минимальное. Золото имеет одинакового удельное сопротивление с алюминием, но имеет высокую пластичность и стоимость.

---