مكثفات التيار المتردد

ما هو مكثف التيار المتردد

مكثف التيار المتردد هو مكون إلكتروني يستخدم بشكل أساسي لتخزين الشحنات والترشيح وتقسيم الجهد وما إلى ذلك، وهو حيوي للتشغيل المستقر للدائرة. في الدائرة الكهربائية، مكثف التيار المتردد المكثف يمكن أن تمنع التيار المستمر ولكنها تسمح للتيار المتردد بالتدفق عبرها. ويستخدم على نطاق واسع في دوائر إمداد الطاقة والترشيح لتخفيف التغيرات في التيار والجهد عن طريق تخزين الشحنة وإطلاقها، وبالتالي تقليل التقلبات والاضطرابات في الدائرة.

المعادلة الأساسية لسعة مكثف التيار المتردد:

q: الشحنة Ua: الجهد عند النقطة A Ub: الجهد عند النقطة B.
إذا تم توصيل موصلين بشحنتي +Q و-Q بجدول V موصلين فإن فرق الجهد بين الموصلين يساوي
So a farad (1F) is every volt of potential difference that can store a coulomb of charge (1F = 1C/V). Generally speaking, 1F is considered a very large electric capacity, commonly used in the daily life of a variety of electronic products used in the parts, mostly in the 1 Farad one millionth (microfarad, μF) or megafarad one (pF) level.

كيفية عمل مكثفات التيار المتردد

تعمل مكثفات التيار المتردد على أساس العازل الكهربائي الموجود بداخلها. عندما يتم تطبيق مصدر طاقة تيار متردد على طرفي المكثف، يقوم المكثف بالشحن والتفريغ مع تغير جهد الإمداد. عندما يزداد جهد الإمداد، يشحن المكثف؛ وعندما ينخفض جهد الإمداد، يفرغ المكثف من الشحن. وتكرر هذه العملية نفسها مع التغيرات الدورية في جهد الإمداد، وبالتالي تحقيق معالجة سلسة لإشارات التيار المتردد.

ما الذي تفعله مكثفات التيار المتردد

تلعب مكثفات التيار المتردد بشكل أساسي الأدوار التالية في الدوائر الكهربائية:
تمرير التيار المتردد وحجب التيار المستمر: الخاصية الأساسية للمكثف هي تمرير التيار المتردد وحجب التيار المستمر. في دوائر التيار المتردد، حيث يتغير الجهد واتجاه التيار المتردد بشكل دوري، يتم شحن المكثف وتفريغه مع تغير الجهد، مما يسمح للتيار المتردد بالمرور. أما في دائرة التيار المستمر، فبمجرد شحن المكثف إلى درجة التشبع، لن يتم تفريغه من الشحن، وبالتالي لا يمكن أن تمر طاقة التيار المستمر عبر المكثف.
الترشيح:غالباً ما تستخدم المكثفات في دوائر الترشيح، من خلال التوصيل بين القطبين الموجب والسالب لمصدر طاقة التيار المستمر، وتصفية مكون التيار المتردد من مصدر طاقة التيار المستمر، بحيث يصبح التيار المستمر سلساً.وعادةً ما تستخدم المكثفات الإلكتروليتية ذات السعة الكبيرة، وتدمج مع أنواع أخرى من المكثفات ذات السعة الصغيرة لتصفية التيار المتردد العالي التردد.
اقتران:في دوائر معالجة الإشارة بالتيار المتردد، تستخدم المكثفات لتوصيل مصدر الإشارة ودوائر معالجة الإشارة، أو كوصلة بينية بين مضخمين لعزل التيار المستمر والسماح بمرور إشارات التيار المتردد أو إشارات النبض، مما يضمن عدم تأثير نقاط تشغيل التيار المستمر لدوائر المضخم الأمامية والخلفية على بعضها البعض.
الضبط واختيار التردد:في الدوائر المضبوطة، تعمل المكثفات والمحاثات معاً في الدوائر المضبوطة لجعل تردد الدائرة يرن مع الدائرة أو الموجة الكهرومغناطيسية التي تتأرجح، وبالتالي تعزيز الإشارة. وتأثير الضبط هذا مهم في تطبيقات مثل الاتصالات اللاسلكية والمذبذبات الإلكترونية.
تعويض القدرة التفاعلية:في دوائر التيار المتردد، يمكن للمكثفات في دوائر التيار المتردد تعزيز معامل القدرة للحمل وتعويض ظاهرة تدهور معامل القدرة الناجم عن الاستخدام الواسع النطاق للأحمال الحثية.
شحن وتفريغ سريعان:المكثفات سريعة للغاية ويمكنها إكمال عملية الشحن والتفريغ في لحظة. تسمح هذه الميزة للمكثفات بالتألق في التطبيقات التي تتطلب إخراج طاقة عالية فورية، مثل التسارع واستعادة طاقة الكبح في السيارات الكهربائية.

كيفية توصيل مكثفات التيار المتردد

تعتمد طريقة توصيل أسلاك المكثفات على نوعها والغرض منها.وفيما يلي الطرق الشائعة لتوصيل الأسلاك والاحتياطات الشائعة:
التمييز بين أنواع المكثفات
المكثفات المستقطبة (مثل المكثفات الإلكتروليتية)
Positive (+): usually labeled with a “+” sign or with longer pins.
سالب (-): دبابيس أقصر أو علامات شريط/سهم أسود على العلبة.
تتوفر علامات إيجابية وسلبية:
يجب توصيل الطرفين الموجب والسالب بشكل صحيح، وإلا فقد يتلف المكثف أو يتسرب أو حتى ينفجر.
المكثفات غير المستقطبة (مثل المكثفات الخزفية ومكثفات البوليستر)
ليس لها قطبية موجبة أو سالبة ويمكن توصيلها حسب الرغبة.
إجراءات التوصيل

1. دائرة التيار المستمر (مثل الترشيح وتخزين الطاقة)
   مكثف مستقطب:
   يتم توصيل الطرف الموجب بالطرف ذي الجهد العالي للدائرة (مثل الطرف الموجب لمصدر الطاقة)، ويتم توصيل الطرف السالب بالطرف ذي الجهد المنخفض (مثل الطرف السالب لمصدر الطاقة أو الطرف الأرضي).
   في حالة وجود جهد عكسي في الدائرة، من الضروري التغيير إلى مكثف غير مستقطب أو توصيل مكثفين مستقطبين على التوالي (توصيل الطرف السالب).
   مكثفات غير مستقطبة:
   يتم توصيلها مباشرةً عند الحاجة إليها، دون الحاجة إلى التفريق بين الطرفين الموجب والسالب.
2. دوائر التيار المتردد (على سبيل المثال، بدء تشغيل المحرك، والاقتران)
   يجب استخدام المكثفات غير المستقطبة (مثل مكثفات التيار المتردد)؛ ويجب عدم استخدام المكثفات المستقطبة.
   يتم توصيل طرفي المكثف بطرفي التيار المتردد (على سبيل المثال، سلك النار والسلك الصفري).
3. المتوازي والمتسلسل
   بالتوازي:
   السعة الإجمالية = مجموع سعة كل مكثف&8217;، مع أصغر قيمة لجهد الصمود.
   مكثفات مستقطبة على التوازي، موجب إلى موجب وسالب إلى سالب.
   السلسلة:
   Total capacity = 1/(1/C₁ + 1/C₂ + …), the withstand voltage value is added. The voltage withstand values are added together.
   عندما يتم توصيل المكثفات المستقطبة على التوالي، يلزم التوصيل العكسي (من الموجب إلى السالب) لتعويض القطبية.
   ملاحظة:
   مطابقة قيمة جهد الصمود:
   يجب أن تكون قيمة جهد الصمود للمكثف أكثر من 1.5 مرة من جهد عمل الدائرة لتجنب الانهيار.
   أطراف اللحام:
   استخدم مكواة لحام للحام للحام بسرعة لتجنب تلف المكثف بسبب ارتفاع درجة الحرارة.
   اترك طولاً كافياً للدبابيس لمنع التلف الناتج عن الإجهاد.
   التشغيل الآمن:
   في الدوائر الكهربائية ذات الجهد العالي، يجب تفريغ المكثف بعد فصل التيار الكهربائي (قصر الأقطاب بمقاوم) لمنع حدوث صدمة كهربائية.
   التحقق من القطبية:
   استخدم ملف السعة أو ملف الصمام الثنائي الخاص بالمقياس المتعدد لقياس القطبية (المقاومة الأمامية للمكثف الإلكتروليتي كبيرة، والمقاومة العكسية صغيرة).
   رابعاً: الأخطاء الشائعة
   انعكاس القطبية: يؤدي إلى تلف المكثف أو الانفجار (المكثفات الإلكتروليتية).
   جهد تحمل غير كافٍ: تعطل مكثف أو ماس كهربائي أو دائرة كهربائية قصيرة أو عطل في الدائرة المسببة للفشل.
   النوع الخاطئ: استخدام مكثفات مستقطبة في دوائر التيار المتردد، مما يؤدي إلى تعطل المكثف.
   إذا لم تكن متأكداً من طريقة توصيل الأسلاك، يوصى بالتحقق من مواصفات المكثف أو استشارة متخصص أولاً.

كيفية تحديد ما إذا كان مكثف التيار المتردد تالفاً أم لا

الطريقة 1: استخدام مقياس رقمي متعدد مع وظيفة ضبط السعة

1. افصل المكثف عن الدائرة التي ينتمي إليها.
2. Read the capacitance value on the outside of the capacitor. Capacitance is measured in Farads and is expressed as a capital F. You may see the Greek letter μ. You may see the Greek letter μ (μ), which looks like a lowercase u preceded by a tail. (Because the farad is such a large unit, most capacitors measure capacitance in electrical microfarads; a microfarad is one millionth of a farad.)
3. اضبط جهاز القياس المتعدد على إعداد السعة.
   عادةً ما يشترك رمز السعة في موقع على القرص مع وظيفة أخرى.
4. وصِّل أسلاك المقياس المتعدد بأطراف المكثف. قم بتوصيل سلك المقياس المتعدد الموجب (الأحمر) بسلك أنود المكثف والسلك السالب (الأسود) بسلك مهبط المكثف. (في معظم المكثفات، خاصةً المكثفات الإلكتروليتية، يكون سلك الأنود أطول من سلك الكاثود).
   قد تحتاج إلى الضغط على زر الوظيفة لبدء القياس.
5. تحقق من قراءة جهاز القياس المتعدد. إذا كانت قراءة السعة على المقياس المتعدد قريبة من القيمة الاسمية على المكثف نفسه، فإن المكثف جيد. إذا كانت أقل بكثير من القيمة الاسمية على المكثف، أو صفر، فإن المكثف تالف.
   الطريقة 2: استخدام مقياس رقمي متعدد بدون إعداد السعة
6. افصل المكثف من الدائرة الكهربية.
7. اضبط جهاز القياس المتعدد على المقاومة.
   إذا كانت وحدتك تحتوي على نطاق مقاومة قابل للتعديل، فاضبطه على 1000 أوم = 1K أو أعلى.
8. وصِّل أسلاك المقياس المتعدد بطرفَي المكثف. مرة أخرى، وصِّل السلك الأحمر بالطرف الموجب (الأطول) والسلك الأسود بالطرف السالب (الأقصر).
9. راقب قراءة جهاز القياس المتعدد.إذا كنت ترغب في ذلك، يمكنك تدوين قيمة المقاومة الأولية. ستعود القيمة بسرعة إلى ما كانت عليه قبل توصيل الأسلاك.
10. افصل المكثف وأعد توصيله عدة مرات.إذا كانت هذه هي الحالة، فإن المكثف جيد.
    ومع ذلك، إذا لم يحدث أي تغيير في قيمة المقاومة أثناء الاختبار، فإن المكثف تالف.
    الطريقة 3: استخدام مقياس متعدد تناظري
11. افصل المكثف من الدائرة الكهربية.
12. اضبط جهاز القياس المتعدد على قياس المقاومة.
13. وصِّل أسلاك المقياس المتعدد بطرفَي المكثف. وصِّل السلك الأحمر بالطرف الموجب (الأطول) والسلك الأسود بالطرف السالب (الأقصر).
14. لاحظ النتائج.يستخدم المقياس التناظري المتعدد مؤشراً لعرض النتائج. يحدد سلوك المؤشر ما إذا كان المكثف جيداً أم لا.
    إذا كان المؤشر يُظهر في البداية قيمة مقاومة منخفضة ثم يتناقص إلى ما لا نهاية، فهذا يعني أن المكثف جيد.
    إذا كان المؤشر يُظهر قيمة مقاومة منخفضة ولا يتحرك، فهذا يعني أن المكثف معطل. تحتاج إلى استبداله.
    إذا لم تُظهر الإبرة أي مقاومة ولا تتحرك، أو إذا أظهرت مقاومة عالية ولا تتحرك، فإن المكثف هو مكثف دائرة مفتوحة (تالف).
    الطريقة 4: اختبار المكثف بمقياس الفولتميتر
15. افصل المكثف من الدائرة الكهربية.
16. تحقق من تصنيف الجهد للمكثف. ابحث عن رقم يليه حرف V كبير، وهو رمز الفولت.
17. اشحن المكثف بحيث يكون جهده أقل من معدل جهده ولكن قريبًا منه.بالنسبة لمكثف جهده 25 فولت، يمكنك استخدام 9 فولت، بينما بالنسبة لمكثف جهده 600 فولت، يجب استخدام 400 فولت على الأقل. اسمح للمكثف بالشحن لبضع ثوانٍ. تأكد من توصيل السلك الموجب (الأحمر) من مصدر الجهد بالطرف الموجب (الأطول) للمكثف والسلك السالب (الأسود) بالطرف السالب (الأقصر).
    كلما زاد الفرق بين الجهد الاسمي للمكثف وجهد الشحن، كلما استغرق وقتًا أطول للشحن.بشكل عام، كلما زاد جهد الإمداد الذي يمكنك الوصول إليه، كلما كان من الأسهل بالنسبة لك اختبار المكثفات ذات معدلات الجهد الأعلى.
18. اضبط الفولتميتر على قراءة فولتية التيار المستمر (إذا كان قادراً على قراءة فولتية التيار المتردد والتيار المستمر).
19. وصِّل أسلاك الفولتميتر بالمكثف. وصِّل السلك الموجب (الأحمر) بالطرف الموجب (الأطول) والسلك السالب (الأسود) بالطرف السالب (الأقصر).
20. سجّل قراءة الجهد الأولي.يجب أن تكون هذه القراءة قريبة من الجهد الذي تزود به المكثف. إذا لم تكن قريبة، فلن يعمل هذا المكثف بشكل جيد.
    سوف يقوم المكثف بتفريغ جهده في الفولتميتر، وكلما طالت مدة توصيله، ستنخفض قراءته إلى الصفر.وهذا أمر طبيعي.يجب أن تشعر بالقلق فقط إذا كانت القراءة الأولية أقل بكثير من الجهد المتوقع.
    الطريقة 5: أطراف المكثف القصير
21. افصل المكثف من الدائرة الكهربية.
22. وصِّل الأسلاك بالمكثف. مرة أخرى، قم بتوصيل السلك الموجب (الأحمر) بالطرف الموجب (الأطول) والسلك السالب (الأسود) بالطرف السالب.
23. قم بتوصيل الأسلاك بمصدر الطاقة، ولكن لفترة قصيرة فقط.
24. افصل الأسلاك عن مصدر الطاقة.
25. قم بتقصير طرفي المكثف.
26. انظر إلى الشرارات التي تنتج عند قطع دائرة كهربائية قصيرة على الأطراف. ستشير الشرارات المحتملة إلى سعة المكثف.
    هذه الطريقة مخصصة فقط للمكثفات التي يمكنها تخزين طاقة كافية لإنتاج شرارة عند تقصيرها.
    لا يوصى بهذه الطريقة لأنه لا يمكن استخدامها إلا لتحديد ما إذا كان المكثف قادرًا على الاحتفاظ بالشحنة والشرارة عند تقصيره، وليس للتحقق مما إذا كانت سعة المكثف&8217;ضمن المواصفات.
    قد يؤدي استخدام هذه الطريقة على المكثفات الكبيرة إلى إصابة خطيرة أو حتى الموت!

سبب تعطل مكثفات التيار المتردد

تشمل الأسباب الرئيسية لفشل مكثفات التيار المتردد ما يلي:
الدائرة الكهربائية العازلة القصيرة: تشمل الأسباب الرئيسية لانهيار المكثف الشوائب أو العيوب في المواد العازلة، والتقادم الكهربائي العازل والشيخوخة الحرارية، والتفاعلات الكهروكيميائية داخل العازل، وهجرة أيونات الفضة، والعازل الكهربائي في التلف الميكانيكي في عملية التصنيع، والرطوبة العالية أو بيئة ضغط الهواء المنخفض بين القوس المتطاير للأقطاب، والإجهاد الميكانيكي تحت تأثير الدائرة الكهربائية العازلة العابرة، وما إلى ذلك.
Open circuit: the main causes of open circuit include “self-healing” of the lead parts, resulting in the insulation of the electrode and lead wire, oxidation of the contact surface of the lead wire and electrode, poor contact between the lead wire and electrode, corrosion and fracture of the lead foil of the anode of the electrolytic capacitor, drying or freezing of the liquid electrolyte, and transient open circuit of the dielectric under the action of mechanical stress. Dielectric transient open circuit, etc.
التغييرات في المعلمات الكهربائية: تشمل التغييرات في المعلمات الكهربائية السعة الضعيفة بشكل مفرط، وزيادة قيمة الظل لزاوية الفقد، وانخفاض أداء العزل أو زيادة تيار التسرب، إلخ. وتتمثل الأسباب الرئيسية في الرطوبة أو التلوث السطحي، وهجرة أيونات الفضة، وتأثير الشفاء الذاتي، والتقادم الكهربائي والحراري للعازل الكهربائي، وتطاير وسماكة الإلكتروليت العامل، وتآكل الأقطاب الكهربائية، ودور الشوائب والأيونات الضارة، وزيادة مقاومة التلامس بين أسلاك الرصاص والأقطاب الكهربائية، إلخ.
تسرب السوائل: تشمل الأسباب الرئيسية لتسرب السوائل ارتفاع ضغط الهواء داخل الغلاف بسبب إطلاق الغاز من المادة المشبعة تحت تأثير المجال الكهربائي، وسوء لحام الغلاف المعدني وغطاء الختم للمكثف، وسوء لحام العوازل والغلاف أو الأسلاك، وسوء الختم الميكانيكي للمكثفات شبه المغلقة، وعدم كفاية السطح المصقول لأسلاك الرصاص للمكثفات شبه المغلقة وتآكل وصلات اللحام بواسطة الإلكتروليت العامل.تآكل سلك الرصاص أو كسره: تآكل سلك الرصاص أو كسره.
تآكل الرصاص أو الكسر: تآكل الرصاص أو الكسر من الأسباب الرئيسية، بما في ذلك بيئة درجة الحرارة العالية تحت تأثير المجال الكهربائي الناتج عن التآكل الكهروكيميائي، وتسرب الإلكتروليت على طول الرصاص الناجم عن التآكل الكيميائي، وعملية تصنيع الرصاص بسبب التلف الميكانيكي، والقوة الميكانيكية غير الكافية.
تمزق العازل: تشمل الأسباب الرئيسية لتمزق العازل التلف الميكانيكي، أو الحرارة الزائدة المتبقية في عملية تلبيد عوازل مسحوق الزجاج، أو ارتفاع درجة حرارة اللحام أو التسخين غير المتكافئ وما إلى ذلك.
القوس المتطاير لسطح العازل: تشمل الأسباب الرئيسية للقوس المتطاير لسطح العازل رطوبة سطح العازل الناتجة عن انخفاض مقاومة العزل السطحي، وتصميم العازل غير المعقول، والاختيار غير المناسب للعوازل، وضغط الهواء البيئي المنخفض للغاية.
طرق الوقاية والكشف:
الفحص والصيانة المنتظمة: فحص مظهر المكثفات ومعايير أدائها بانتظام لاكتشاف المشاكل المحتملة والتعامل معها في الوقت المناسب.
التحكم البيئي:تجنب تعريض المكثفات لدرجات الحرارة والرطوبة الشديدة، والحفاظ على استقرار بيئة عملها.
الاستخدام الصحيح والصيانة الصحيحة:تجنب التحميل الزائد واستخدام الجهد الزائد، وتأكد من تركيب المكثفات وتوصيلها بإحكام وموثوقية.
فحص الجودة:مراقبة الجودة الصارمة أثناء عملية التصنيع لضمان جودة وموثوقية المكثفات.

تكاليف استبدال مكثفات التيار المتردد

تختلف تكلفة استبدال مكثف التيار المتردد باختلاف عدة عوامل، بما في ذلك الطراز والعلامة التجارية وجودة المكثف، بالإضافة إلى سهولة الاستبدال.أسباب اختلاف التكلفة
الموديلات والعلامات التجارية:تختلف أسعار المكثفات من مختلف الموديلات والعلامات التجارية اختلافًا كبيرًا. على سبيل المثال، تبلغ تكلفة المكثف CBB65-450V-20uF 19 دولارًا أمريكيًا، بينما تبلغ تكلفة الطراز نفسه ولكن بسعة 10uF 16 دولارًا أمريكيًا.
الجودة والأداء:عادةً ما تكون المكثفات عالية الجودة أكثر تكلفة، ولكن ثباتها ومتانتها أفضل أيضًا.
صعوبة الاستبدال:إذا كان استبدال المكثفات يتطلب أدوات أو تقنيات متخصصة، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة تكاليف الإصلاح. على سبيل المثال، قد تتراوح تكلفة استبدال مكثفات مكيفات الهواء بين 50 و100 دولار أمريكي، ولكن تم الإبلاغ عن تكاليف استبدال تصل إلى 1500 دولار أمريكي.
أمثلة على التكلفة المحددة
المكثفات العادية: المكثفات العادية الموجودة في السوق أقل تكلفة، وعادةً ما تتراوح تكلفتها بين بضعة دولارات وعشرات الدولارات,
مكثفات عالية الجودة:المكثفات عالية الجودة أغلى ثمناً، ولكنها تتمتع بعمر تشغيلي طويل ومكثفات عالية الجودة: المكثفات عالية الجودة أغلى ثمناً، لكنها تتمتع بعمر تشغيلي طويل وأداء مستقر.
تكاليف الإصلاح الاحترافي:عادةً ما تتضمن تكلفة زيارة المصلح المحترف&8217 ؛ عادةً ما تشمل تكلفة الزيارة وتكلفة المواد؛ وقد تتراوح التكلفة الإجمالية من 50 إلى 1500 يوان، اعتمادًا على مدى تعقيد الإصلاح والوقت المطلوب.