Kondansatörler, geniş uygulama yelpazesinden dolayı elektrik devrelerinin önemli bir pasif bileşenidir. Ayrıca kapasitörler yapılarına ve bileşimlerine göre farklı tiplere ayrıldığından devre için uygun tipte kapasitör seçilmesi gerekir. Film kapasitör, raf ömrü uzun, öz indüktansı düşük, devrelerdeki güç dalgalanmalarını hasar görmeden absorbe edebilen kapasitör türlerinden biridir.
Ana hat:
Film Kapasitör Nedir?
Film Kapasitörünün Yapımı ve Çalışması
Film Kapasitör Çeşitleri
Film Kondansatörlerin Kendi Kendini İyileştirme Özelliği
Söndürücü Devresi
Güç Filtreleri
EMI Filtreleri
Çözüm
Film Kapasitör Nedir?
Bir film kapasitör, plakaları arasında diyalektik olarak onu daha ucuz hale getiren ve özelliklerini daha uzun süre sabit tutan plastik bir filme sahip olan bir kapasitördür. Bu plastik film bir mikrometre kalınlığa sahip olduğundan oldukça incedir. Bu kapasitör polarize olmayan kapasitör kategorisine girer ve bu onu AC devrelerinde oldukça kullanışlı kılar. Film kapasitörleri, nominal voltaj kapasitesinin iki katı olan aşırı voltaja dayanabilir.
Film Kapasitörünün Yapımı ve Çalışması
Bir film kapasitörde kullanılan farklı özelliklere sahip farklı türde plastik filmler vardır; örneğin polipropilen film daha yüksek yalıtım direnci sağlar ve daha yüksek akımlara sahip devreler için uygundur. Ayrıca polipropilen sülfür yüksek ısı direncine ve iyi ısı özelliklerine sahiptir ancak pahalıdır. İşte film kapasitörlerinde dielektrik olarak kullanılan film türleri ve özellikleri:
Film Kondansatörlerinin Türü
Şimdi, film kapasitörünün dielektrik film malzemesine dayanarak, özellikleri çok farklılık göstermektedir; bu nedenle, farklı yalıtım malzemesi türlerine göre film kapasitörlerin özelliklerini gösteren bir tablo:
Kapasitörlerin yapısını daha iyi açıklamak için iki tip film kapasitör vardır: biri folyo film kapasitörler, diğeri metalik kapasitörler veya buhar biriktirme kapasitörleridir:
Folyo Film Kapasitörleri
Bu tip kapasitör, metal folyodan yapılmış ve dielektrik malzemenin plastik folyoları arasına sıkıştırılmış elektrotlara sahiptir. Bunlar endüktif veya endüktif olmayan yara tipi film kapasitörlerdir ve ikisi arasındaki fark, hedef endüktif folyo film kapasitörünün terminallerinin sargıdan önce doğrudan elektrotlara bağlanmasıdır. Endüktif olmayan folyo film kondansatörü ise uç yüzlere bağlanan terminallere sahiptir.
Endüktif olmayan folyo elektrot film kapasitörleri, endüktif olanlarla karşılaştırıldığında daha düşük endüktans sergiler ve yüksek frekans özelliklerine sahiptir. Endüktif folyo film kapasitöründe metal folyolar iki plastik film arasına yerleştirilir ve doğrudan bağlanmaz:
Endüktif olmayan folyo film kondansatöründe ise metal folyolar, her bir folyo dielektrik plastik filmlerden belirli bir dereceye kadar yerleştirilecek şekilde yerleştirilir:
Metalize Film Kapasitör
Başka bir film kapasitör türü, dielektrik plastik filmin bir tarafına püskürtülen ince bir metalik katmana sahip olduğundan metalize film kapasitördür. Plastik film üzerinde biriken bu metal tabakası, oldukça ince olan bir kapasitör elektrotu oluşturur ve bu da onu elektrot tipi film kapasitörden çok daha küçük yapar. Bu kapasitörler yalnızca endüktif olmayan tiptedir ancak yara tipi veya lamine tip olabilir:
Film kapasitörü genel kapasitörle aynı şekilde çalışır; yani ona bir güç kaynağı bağlandığında iki elektrot arasındaki potansiyel oluşmaya başlar. Her iki plakadaki yük kapasitelerine kadar toplandığında kondansatörün tamamen şarj olduğu anlamına gelir. Ayrıca bu film kapasitörler raf ömrünü uzatan kendi kendini onarma özelliğine sahiptir.
Film Kondansatörlerin Kendi Kendini İyileştirme Özelliği
Yalıtımın yüksek akım, yüksek sıcaklık veya herhangi bir aşırı gerilim nedeniyle metalden arındırılması durumunda, film kapasitörü çevrede biriken filmi oksitler. Bu, kapasite alanının geri kalanını hatalı olandan ayırır ve böylece düzgün çalışmaya devam eder:
Ancak arıza alanının kapasitörün geri kalanından bu şekilde izole edilmesi, zamanla kapasitörün kapasitansını da azaltabilir. Ayrıca, oksidasyona bağlı olarak kapasitör kapasitansının zaman içinde bozulmasını gösteren aşağıda bir tablo bulunmaktadır:
Yukarıdaki tabloda, mavi grafik, kendi kendini iyileştirmeyen kapasitansı göstermektedir, çünkü bozulma çok yüksek olabilir ve bu da büyük bir arızaya neden olabilir. Elektrotların film kapasitör bileşimindeki sigortalarla birlikte kullanılması durumunda bozulma eğrisi yeşil renkte olacaktır.
Sigortaların birincil hücreye yanlış bağlanması, kapasitör arızasına yol açarak kapasitansın hızlı kaybına neden olabilir. Kahverengi eğri, saf yağ emdirme nedeniyle oldukça yüksek yoğunluğa sahip, uygun bölümlü elektrotlara sahip yüksek güçlü film kapasitör içindir.
Bu tip film kapasitörler, nominal gerilim ve akım değerlerinde çalışırken orijinal kapasitansının yüzde 2'sinden fazlasını kaybetmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Bu film kapasitörlerin diğer kapasitör türlerine göre daha uzun ömürlü olmasının ve AC devrelerde yaygın olarak kullanılmasının nedeni budur.
Söndürme Devresindeki Film Kondansatörleri
Güç devreleri genellikle daha yüksek voltaj değişim oranları nedeniyle akım ve voltaj yükselmeleriyle karşı karşıya kalır ve bu tür sorunlarla başa çıkmak için bastırma devreleri kullanılır. Temel olarak bastırma devreleri, elektromanyetik girişimi ve yarı iletken stresi azaltmak için film kapasitörlere sahiptir. Film kapasitörü, içinden daha yüksek bir akımın geçmesine neden olabilecek daha yüksek bir voltaj değişim hızına dayanabilir. Bu nedenle, kapasitördeki polipropilenin dielektrik plastik filmi, düşük eşdeğer seri direnç ve endüktansa sahip olması nedeniyle voltaj ve akım artışlarına dayanma kabiliyetine sahip olduğundan iyi bir eşleşme olacaktır:
MOSFET kapalı durumdayken kapasitör R direnci üzerinden şarj olur. 1 ve MOSFET açık durumdayken kapasitör, direnç ve toprak yoluyla deşarj olacaktır.
Güç Filtresi Olarak Film Kapasitör
İnvertörlerdeki ve motorlardaki sinyalleri filtrelemek için çıkıştaki kapasitörler, voltaj değişim hızı seviyelerini azaltmak amacıyla yüksek dalgalı akımları geçirir. Bu sonuçta sistemdeki stresi ve elektromanyetik stresi azaltır. Film kapasitörlerinin güç filtresi olarak devrede pratik bir uygulaması aşağıda verilmiştir:
Bir AC kaynağı bağlandığında, alüminyum elektrolitik kapasitörlerin kullanımı hariç, kapasitörler polarize olmamalıdır.
EMI Filtreleri Olarak Film Kapasitörleri
Devrelerdeki elektromanyetik paraziti filtrelemek için, açık devre arıza modu ve yüksek voltajlarla başa çıkabilme yetenekleri nedeniyle metalize film kapasitörler kullanılır. Kullanımlarına bağlı olarak güç devrelerine bağlandığında iki kapasitör kategorisi vardır. X etiketli olanlar, hattan hatta bağlanan, çoğunlukla hattan nötr kapasitörler olarak adlandırılan ve diferansiyel EMI filtrelemesi için kullanılan kapasitörlerdir.
Toprağa hat olarak bağlanan kapasitörler ise Y olarak sınıflandırılır ve genellikle hat bypass kapasitörleri olarak adlandırılır. Bu kapasitörler, ortak EMI filtreleme modu olarak adlandırılan kabloları toprağa atlar. Bu kapasitörler arızalanabileceğinden, arıza durumunda özel modlar vardır; yani X kapasitör arızalandığında, devre kesicinin atmasına neden olan bir kısa devre oluşturur. Ayrıca Y kapasitörünün arızalanması durumunda açık devre oluşturularak elektrik çarpması riski en aza indirilir.
Ayrıca X kapasitörünün arızalanması durumunda sistemin kapanması, Y kapasitörünün arızalanması durumunda ise sistem çalışmaya devam edecek ancak EMI filtrelemesi azalacaktır. Aşağıda, devre bağlantılarına göre kapasitörlerin güvenlik derecelerini gösteren bir tablo bulunmaktadır:
Şimdi, EMI filtreleme için film kapasitörlerinin kullanımını daha ayrıntılı olarak göstermek için, kapasitörleri EMI filtreleri olarak kullanan bir güç hattının basit bir AC devresi:
Film kapasitörlerin düşük öz indüktansı, kapasitörün rezonansını yüksek tuttuğu için bir avantaj oluşturur. Burada X kapasitörleri hat ile nötr arasına, Y kapasitörleri ise hat ile toprak arasına bağlanır.
Çözüm
Film kapasitörler, farklı özellikleri ve kendi kendini onarma özellikleri nedeniyle güç devreleri söz konusu olduğunda büyük önem taşır. Bu özellik kondansatörün raf ömrünü uzattığı gibi sistemin arızalanmasını da engeller.
Ayrıca bu film kapasitörler türlere ayrılır: biri folyo elektrot, diğeri metalize film kapasitördür. Benzer şekilde, dielektrik bileşimi film kapasitörünün çalışma özelliklerini etkilediğinden, film kapasitörleri de dielektrik için yalıtım malzemesinin türüne göre değişir. Dalgalı akım değeri ve kendi kendini onarma özelliği nedeniyle film kapasitörler, alüminyum elektrolitik kapasitörlere göre tercih edilir.