خازن

خازن چیست؟

خازن تجهیزی است که به کمک آن می توان انرژی را ذخیره کرد. با شارژ شدن صفحات رسانای خازن، انرژی به صورت میدان الکترواستاتیکی در آن دخیره می شود. خازن ها از نظر شکل، نوع عایق، نوع کاربرد و میزان ظرفیت با یک دیگر بسیار متفاوت هستند.

مشخصات فنی خازن

ساختار کلی خازن در حالت ساده به این صورت است که دو صفحه رسانا نزدیک به یک دیگر نصب شده و در فاصله بین این دو صفحه، دی الکتریک یا همان عایق قرار می گیرد. خازن ها هم در سطح صنعتی و در تجهیزات برق صنعتی و هم در سطح الکترونیکی در مدارهای دیجیتال استفاده می شوند. همان طور که ذکر شد اصلی ترین کاربرد خازن ذخیره انرژی است اما در مدارهای قدرت و مدار های دیجیتال کاربردهای بسیار دیگری نیز دارد.

انواع خازن

خازن ها انواع مختلفی دارند که هر کدام کارکرد خاص خود را دارد. حال به برسی انواع خازن ها می پردازیم:

خازن سرامیکی

خازن های سرامیکی به این دلیل سرامیکی نامیده می شوند که دی الکتریک یا عایق بین لایه ها از جنس سرامیک می باشد. نوع سرامیک به کار رفته در این خازن ها بسته به کاربرد خازن مربوطه متفاوت است. به دلیل بالا بودن خاصیت عایقی سرامیک، ظرفیت خازن های سرامیکی بسیار بالاست و می توان آنها را در ولتاژ های نسبتا بالا استفاده کرد. این خازن ها خشک هستند به این معنی که قطب مثبت و منفی ندارد. خازن های سرامیکی از نظر شکل ظاهری معمولا به شکل دیسکی یا چندلایه ساخته می شوند. به خازن ها با ساختار دیسکی خازن عدسی نیز گفته می شود.

خازن میکا

خازن های میکا نیز به این دلیل میکا نامیده می شوند که دی الکتریک به کار رفته در داخل آن ها از جنس ورقه های میکا فشرده می باشد که توسط دو صفحه نازک فلزی محصور شده اند. در نهایت خازن در پوششی از اپوکسی پوشیده می شود تا از اثرات محیطی محافظت شود. خازن های میکا با وجود ابعاد کوچک پایدار هستند و ظرفیت بالایی دارند و از نظر تلفات در سطح پایینی قرار دارند. خازن میکا نیز در دسته خازن های خشک یا غیر قطبی قرار می گیرد.

خازن فیلم متالیزه (پلاستیکی)

فیلم هایی از جنس پروپلین، پلی استر یا تفلون فلز اندوده (معمولا از جنس فلز آلومینیوم) شده و جهت تولید خازن دولایه روی یک دیگر قرار می گیرند دور یک محور پیچیده می شوند. این دسته از خازن ها خود ترمیم هستند و در دما های بالا نیز کار می کنند. خازن های راه انداز موتور از در دسته از خازن ها قرار می گیرند. خازن های پلاستیکی نیز در دسته خازن های خشک قرار می گیرند.

خازن الکترولیتی

خازن های الکترولیتی، دی الکتریکی از نوعی مایع یا ژل دارند که شامل غلظت مشخصی از یون ها می باشد. جنس ورقه های رسانای این خازن ها می تواند از آلومینیوم یا تانتالیوم باشد. از خازن های الکترولیتی آلومینیومی معمولا به عنوان فیلتر نویز های DC استفاده می شود. خازن های تانتالیومی نسبت به خازن های آلومینیومی نشت جریان کمتر و عمر طولانی تری دارند. خازن های الکترولیتی می توانند دی الکتریک جامد نیز داشته باشند که معمولا از جنس دی اکسید منگنز یا پلیمر می باشد البته ورقه های رسانا در این خازن ها از جنس نیوبیوم می باشد. این خازن ها همگی قطبی هستند و در مدار های دیودی و ترانزیستور ها قابل استفاده می باشند.

خازن خشک (گازی)

این نوع خازن ها در دسته تجهیزات برق صنعتی قرار می گیرند و جهت اصلاح ضریب توان (جلوگیری از مصرف بیش از حد توان را کتیو توسط بار های القایی) استفاده می شوند. دی الکتریک مورد استفاده در این خازن ها معمولا از جنس پلی پروپیلن است. در رنج خازن های صنعتی خازن های گازی مقرون به صرفه ترین گزینه هستند اما جهت استفاده برای مصارف سنگین مانند صنایع ذوب آهن به هیچ وجه توصیه نمی شوند. خازن های صنعتی معمولا با مشخصه کیلووار شناخته می شوند. از لحاظ شکل ظاهری این خازن ها به دو نوع سیلندری و کتابی تقسیم می شوند و می توانند سه فاز یا تکفاز باشند.

خازن روغنی

خازن های روغنی از دی الکتریک های مایع استفاده می کنند و مانند خازن های گازی عموما جهت اصلاح ضریب توان استفاده می شوند. خازن های روغنی می توانند بیشترین مقدار حرارت را تحمل کنند و در مکان هایی با درجه حرارات بالا استفاده شوند. این خازن ها نیز مانند خازن خشک از لحاظ شکل ظاهری این خازن ها به دو نوع سیلندری و کتابی تقسیم می شوند و می توانند سه فاز یا تکفاز باشند. استفاده از خازن های سیلندری روغنی معمول ترین روش جهت اصلاح ضریب توان به خصوص در کارخانجات است.

نکات انتخاب خازن مناسب

بهتر است برای خرید خازن مناسب بر اساس نیاز خود، به مشخصات فنی خازن در هنگام خرید دقت کنید. مواردی همچون:

• ظرفیت خازن: یکی از اصلی ترین ویژگی های خازن که در زمان انتخاب خازن باید به آن توجه کرد مقدار ظرفیت آن است که می تواند بر حسب نانو فاراد، پیکو فاراد یا میکرو فاراد باشد و می تواند با دمای محیط یا فرکانس مدار تغییر کند.
• ولتاژ کاری: مقدار ولتاژی که خازن می توان در سطح آن ولتاژ عمل کند بدون آن که دچار خرابی و اختلال شود را ولتاژ کاری خازن می نامند.
• جریان نشتی: دی الکتریک خازن عایق کاملی نیست و مقدار کمی جریان از آن عبور می کند یا نشت می یابد که به آن جریان نشتی می گویند.
• توان راکتیو: در خازن های صنعتی که جهت اصلاح ضریب توان به کار می روند مقدار توان راکتیو در اصل مقدار توان راکتیو قابل جبران از سمت خازن می باشد که از اصلی ترین مشخصه های انتخاب خازن است.
• دما و ضریب دمایی: دمای محیط اطراف خازن در کارکرد آن تاثیر به سزایی دارد و ممکن است بر عملکرد صحیح خازن تاثیر گذار باشد. ضریب دمایی خازن بیشترین تغییر ظرفیت در محدوده دمایی مشخص در خازن را مشخص می کند.

کاربرد خازن

خازن ها کاربردهای بسیاری دارند که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• جلوگیری از عبور جریان های مستقیم در مدار های الکترونیکی
• اصلاح کردن خروجی منابع تغذیه در شبکه های آنالوگ
• اصلاح ضریب توان در شبکه های قدرت
• تامین موقت انرژی در برد های الکترونیکی
• راه اندازی الکتروموتور های تکفاز