انواع خازن و کاربردهای آن در لوازم برقی منزل
خازن های مورد استفاده در صنعت برق عموما در دو دسته خازن های الکترولیتی و خازن های روغنی تقسیم می شوند. در لوازم خانگی از خازن به اشکال مختلف و در ابعادی نسبتا گسترده استفاده شده لیکن در یک دسته بندی اصولی می توان کاربرد خازن در این لوازم را به یکی از سه نوع خازن اصلاح ضریب قدرت ، خازن پارازیت گیر و خازن های راه انداز تقسیم نمود.
خازن به دو صفحه هادی گفته می شود که توسط عایقی از هم جدا شده اند و هر گاه تحت تاثیر اختلاف سطح الکتریکی قرار گیرد، بین صفحات میدان الکتریکی به وجود می آید. به خازن کاپاسیتور یا کندانسور نیز گفته می شود.
ساختمان خازن
ساختمان خازن از دو صفحه هادی تشکیل شده که به آن ها جوشن گفته می شود. جوشن ها به وسیله عایق (دی الکتریک) از یکدیگر جدا شده اند. به هر یک از جوشن ها، هادی یا سیم رابط متصل است.
ظرفیت خازن
به خاصیت ذخیره الکتریسته در خازن ظرفیت گفته می شود. ظرفیت خازن را با c نشان می دهند، ظرفیت خازن از رابطه زیر محاسبه می شود:
واحد اصلی ظرفیت خازن فاراد است اما از آن جا که فاراد واحد بزرگی است کاربرد چندانی ندارد. عموما از سایر واحدهای ظرفیت به شرح زیر استفاده می شود:
دوره جامع آموزش تعمیرات لوازم خانگی از مبتدی تا پیشرفته شامل تعمیرات مکانیک و برد لوازم خانگی به همراه تعمیر لوازم خرد منزل
شارژ و دشارژ خازن
عمل پر شدن خازن را شارژ خازن می گویند به عبارت دیگر به محض اتصال جوشن ها به اختلاف سطح الکتریکی، بارها به حرکت درآمده و به واسطه عایق دی الکتریک در سطح جوشن ها انباشته می شوند. کشش بین بارهای مخالف انباشته شده در جوشن، میدان الکتریکی را ایجاد می سازد که در واقع تعیین کننده ظرفیت خازن است.
در جریان مستقیم حرکت بارها تا بدانجا ادامه خواهد داشت که دیگر در سطح جوشن جایی برای استقرار بارهای جدید وجود ندارد. خازن را در این حالت به طور کامل شارژ شده می دانیم.
در جریان متناوب با نزول اختلاف سطح از نقطه اوج به سوی صفر، بارها سریعا تخلیه می شوند. به تخلیه خازن دشارژ گویند.
بنابراین در جریان متناوب خازن مرتبا در حال شارژ و دشارژ است اما در جریان مستقیم، خازن با بسته شدن کلید مدار شارژ شده و در همان حالت می ماند و این وضع تا زمانی ادامه خواهد داشت که یا ولتاژ مدار کاهش یابد و یا شخصا نسبت به تخلیه آن اقدام نماییم.
خازن هایی که در جریان متناوب مورد استفاده قرار می گیرند به خازن های بی پـُلار معروفند زیرا برخلاف خازن های جریان مستقیم دارای قطب مشخصی نبوده و در هر دو نیم سیکل شارژ و دشارژ می شوند.
عوامل موثر بر ظرفیت خازن
ظرفیت خازن با سطح صفحات خازن رابطه مستقیم دارد. یعنی هر چه سطح صفحات بزرگتر باشد بارهای بیشتری بر روی آن انباشته شده در نتیجه ظرفیت خازن را افزایش می دهد.
اما ظرفیت خازن با قطر دی الکتریک رابطه عکس دارد زیرا هر چه قطر دی الکتریک (عایق) بیشتر باشد تمایل بارهای مخالف مستقر در جوشن ها نسبت به یکدیگر کاهش یافته و در نتیجه میدان الکتریکی ضعیف تری به وجود می آید.
ظرفیت خازن در این حالت بسیار کم است. جنس عایق (دی الکتریک) خازن نیز از جمله عوامل موثر در ظرفیت خازن به شمار می رود.
هر چه دی الکتریک از قدرت عایقی بیشتری برخوردار باشد، بارهای بیشتری را در طرفین خود انباشته ساخته و با جلوگیری از هدایت آن ها به طرف یکدیگر ظرفیت خازن را افزایش می دهد.
دوره آموزش تعمیرات برد الکترونیکی در سه سطح مقدمات الکترونیک ، تعمیر بردهای معمولی و تعمیر بردهای اینورتر صنعتی
اتصال سری و موازی خازن ها
به هنگام تعمیرات و بالاخص در مواردی که نیاز به تعویض خازن معیوب است، با ظرفیت هایی مواجه می شوید که در بازار موجود نیست و از آن جا که راه اندازی دستگاه معیوب از وظایف یک تعمیرکار مجرب است به ناچار از ابتکار عمل های خاصی بهره خواهید برد. اتصال سری و یا موازی خازن ها از جمله بهترین روش های دستیابی به ظرفیت مورد نیاز است.
لازم است بدانید در اتصال موازی خازن ها ظرفیت معادل افزایش می یابد و از رابطه زیر محاسبه می شود:
مثال: ظرفیت خازن معادل را محاسبه کنید در صورتی که c 1 با ظرفیت 10 میکروفاراد ، c 2 با ظرفیت 5 میکروفاراد و c 3 با ظرفیت 20 میکروفاراد به صورت موازی بسته شده باشند.
اگر قصد دارید از خازن های ظرفیت بالا، خازنی با ظرفیت پایین به دست آورید، آن ها را به صورت سری اتصال دهید. ظرفیت معادل در این حالت از رابطه زیر محاسبه می شود:
مثال: خازن c 1 با ظرفیت 5 میکروفاراد و c 2 با ظرفیت 10 میکروفاراد و c 3 با ظرفیت 20 میکروفاراد به صورت سری به یکدیگر متصل شده اند. مطلوب است محاسبه ظرفیت خازن معادل :
تست خازن به روشهای تئوری و عملی
در تست تئوری خازن از مولتی متر استفاده می شود. چون در واقع قصد استفاده از قسمت اندازه گیری مقاومت دستگاه را داریم، می بایست قبل از هر اقدامی، از تخلیه خازن اطمینان داشته باشیم. در غیر اینصورت رنج انتخاب شده در مولتی متر شدیدا آسیب می بیند. برای تخلیه خازن می توانید یا مستقیما سیم های رابط آن را به یکدیگر متصل نموده یا از یک پیچ گوشتی دسته عایق جهت اتصال رابط های خازن به یکدیگر استفاده کنید. در تصویر زیر چگونگی تخلیه خازن به وسیله پیچ گوشتی با دسته عایق دیده می شود.
پس از آن که یقین حاصل نمودید، خازن کاملا تخلیه شده، رنج مولتی متر را روی R*1 قرار داده و به خازن متصل سازید. عقربه متناسب با ظرفیت خازن سریع منحرف شده و به آرامی به نقطه اولیه (بی نهایت ) باز می گردد. اگر عقربه پس از انحراف سریعا به نقطه بی نهایت بازگردد، و یا اگر عقربه سریع منحرف شود و به نقطه آغازین حرکت باز نگردد، خازن نشتی دارد که در هر دو صورت باید خازن را تعویض نمود. البته این احتمال نیز وجود دارد که عقربه مولتی متر به هیچ وجه منحرف نشود که در واقع عیب جدا شدن هادی یا هادی ها از جوشن های خازن است.
لازم است بدانید در تست خازن های پارازیت گیر که ظرفیت بسیار کمی دارند رنج R*1K مولتی متر انتخاب می شود و قبل از تست نیازی به تخلیه این خازن ها نیست. پس از اتصال رابط های اهم متر به پایه های خازن پارازیت گیر، عقربه حرکت جزئی خود را تکرار می کند. به عبارت دیگر این خازن ها نیز، همچون تمام خازن های جریان متناوب در هر دو جهت شارژ می شوند. اگر در روش مذکور عقربه حرکت نکرد اتصالات داخل خازن از یکدیگر جدا شده اند. یا ممکن است عقربه منحرف شده و در همان حالت بایستد که خازن در حالت اتصال کوتاه است می بایست خازن دیگری را جانشین آن نمود.
برای تست عملی خازن ابتدا آن را تخلیه نموده، و سپس توسط سیم های رابط به برق شهر متصل سازید (اگر خازن سالم باشد، به محض ارتباط سیم ها با پریز، صدای وقوع جرقه هایی به گوش خواهد رسید).
سپس سیم ها را از پریز خارج نموده و با احتیاط در هوا به یکدیگر نزدیک کنید تا توسط جرقه ای که به وضوح دیده می شود بار ذخیره شده در خازن تخلیه گردد. شدت جرقه متناسب با ظرفیت خازن است. هر چه ظرفیت خازن بیشتر باشد جرقه قوی تری رویت می شود.
روش اخیر مختص خازن های راه انداز و یا اصلاح ضریب قدرت است و خازن های پارازیت گیر را توسط اهم متر تست کنید.
دوره حرفه ای آموزش تعمیرات موبایل تخصصی و فوق تخصصی شامل صفر تا صد تعمیر سخت افزار و نرم افزار گوشی های اندروید و آیفون ویژه بازار کار
انواع خازن
خازن های مورد استفاده در صنعت برق عموما به یکی از دو نوع زیر تقسیم می شوند:
خازن الکترولیتی
از دو ورقه آلومینیومی که به وسیله یک یا چند لایه توری از هم جدا هستند ساخته می شود که قبلا با محلول شیمیایی به نام الکترولیت ورقه ها اشباع شده اند، الکترولیت قرار داده شده بر روی توری که خود تشکیل لایه ای را می دهد به صورت عایق خازن عمل می کند.
این لایه ها با هم لوله شده و در محفظه آلومینیومی یا پلاستیکی قرار می گیرند. خازن های الکترولیتی عموما به عنوان خازن راه انداز در موتورهای خازنی (یا خازن دائم موتورهای دو خازنی) به کار می روند. از خازن های الکترولیتی نمی توان در مواردی که به حضور مداوم خازن در مدار نیاز است استفاده نمود زیرا طراحی این خازن ها برای حضور فعال در مقطعی بسیار کوتاه است. علیرغم این مورد به دلیل ارزانی خازن های الکترولیتی نسبت به روغنی، در اکثر موتورها جایگزین خازن های روغنی شده و چون توانایی کار مداوم را ندارند، پس از مدت کوتاهی شدیدا آسیب می بینند.
خازن روغنی
همان گونه که از نام این خازن های مشخص است عایق خازن از کاغذ آغشته به نوعی روغن مخصوص است و در واقع وجود روغن در این خازن ها، امکان استفاده از خازن روغنی در مدار برای مدت طولانی را فراهم آورده است زیرا روغن در خنک شدن خازن اثر فراوانی دارد. کاغذ آغشته به روغن موجب شده است خازن روغنی از ابعاد بزرگتری نسبت به خازن الکترولیتی با ظرفیت مشابه، برخوردار باشد. نوع روغنی که در این خازن ها بسیار متداول است آسکارل مصنوعی است. این خازن ها را از 2 الی 5 میکروفاراد می سازند کاربرد خازن های روغنی اصولا در موتورهای با خازن دائم و یا به عنوان خازن دائم در موتورهای دو خازنی می باشد.
انواع کاربرد خازن در لوازم خانگی
در لوازم خانگی از خازن به اشکال مختلف و در ابعادی نسبتا گسترده استفاده شده و لیکن در یک دسته بندی اصولی می توان کاربرد خازن در این لوازم را به یکی از سه نوع زیر تقسیم نمود:
-
خازن اصلاح ضریب قدرت
به علت مشکل عمده ای که از افزیش اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان و در نتیجه رشد قابل توجه مصرف غیر مفید توان حادث می شود، لزوم کاربرد خازن به عنوان اصلاح کننده ضریب قدرت در وسایل خانگی از جمله کولر آبی ، کولر گازی ، پمپ آب و… ضروری است.
-
خازن پارازیت گیر
می توان گفت که بدون استثناء تمامی موتورهای کلکتوردار، جرقه ای الکترومغناطیسی خاصی را ایجاد می کنند که این جرقه ها بر فرکانس های صوتی و تصویری اثر مخربی دارند. جهت کنرل این پدیده (پدیده پارازیت) از خازن استفاده می شود.
-
خازن های راه انداز
اکثر موتورهای آسنکرون به هنگام راه اندازی به بیشترین مقدار گشتاور نیاز دارند از این رو خازن با ایجاد اختلاف فاز بین دو میدان اصلی و کمکی در ایجاد گشتاور مذکور نقش بسزایی دارد. به همین جهت در موتورهای آسنکرون به خازن، راه انداز گفته می شود.
مطالعه بیشتر درباره موتورهای آسنکرون در مقاله عیب یابی موتورهای آسنکرون (القایی)
تعویض خازن
تعویض خازن معیوب از جمله مواردی است که نیاز به معلومات خاص دارد زیرا انتخاب ظرفیت نامناسب خازن جدید نه تنها به موتور کمکی نمی کند بلکه در مدتی کوتاه موجب سوختن آن نیز می شود. پس از پایان عمر مفید خازن، ذخیره میدان الکتریکی در آن کاهش یافته و یا عملا متوقف می شود از این رو تعویض خازن الزامی است.
در انتخاب خازن جدید توجه به ظرفیت آن بسیار مهم است. خازن جدید می بایست درست هم ظرفیت خازن معیوب باشد و اگر ظرفیت مورد نظر در بازار وجود ندارد با سری یا موازی بستن خازن ها به ظرفیت مناسب دست یابید.
همچنین رعایت ولتاژ کاری خازن نیز بسیار اساسی است. خازن جدید می تواند ولتاژ کاری بیشتر از ولتاژ کاری خازن معیوب داشته باشد اما انتخاب خازن در شرایطی که ولتاژ کاریش کمتر از ولتاژ کاری خازن معیوب است، به هیچ وجه اصولی نیست. به عنوان مثال برای خازن معیوبی با مشخصات 5µF با 220 ولت ، می توان خازن 5µF با 220 ولت یا خازن 5µF با 380 ولت را به عنوان جایگزین انتخاب نمود.
استفاده از خازن جدید کاربرد دیگری نیز دارد. در بعضی موارد با کاهش ولتاژ مدار مواجه می شوید که خازن را با مشکل مواجه ساخته در نتیجه راه اندازی موتور عملا غیر ممکن شده است مورد مذکور در مناطقی که با افزایش مشترکین برق، دچار کاهش ولتاژ شده اند بسیار شایع است. با استفاده از فرمول زیر می توانید خازنی را انتخاب نمایید که با ولتاژ جدید سازگاری داشته و موتور را به مرحله راه اندازی می رساند:
