خازن چیست و چه کاربردی دارد؟
خازن ها به منظور تصحیح ضریب توان و کارایی انرژی طراحی شده اند. خازن‌ها به بهبود ضریب توان در شبکه‌های الکتریکی کمک می‌کنند و در نتیجه تلفات انرژی را کاهش می‌دهند، پایداری ولتاژ را افزایش می‌دهند و هزینه‌های مرتبط با ضریب توان ضعیف را به حداقل می‌رسانند.
ساختار تشکیل دهنده خازن
خازن ها اجزای الکترونیکی غیرفعالی هستند که از دو یا چند صفحه تشکیل می شوند که توسط یک ماده عایق از هم جدا قرار می گیرند. صفحات رسانا هستند و معمولاً از آلومینیوم، تانتالیوم یا فلزات دیگر ساخته می‌شوند.
خازن ظرفیت ذخیره انرژی را به شکل یک بار الکتریکی را دارد که باعث ایجاد اختلاف پتانسیل (ولتاژ استاتیک) در صفحات خود می شود (مانند یک باتری کوچک قابل شارژ). ماده عایق بین صفحات رسانا که به آن دی الکتریک نیز می گویند، می تواند از جنس کاغذ مومی، میکا، سرامیک، پلاستیک یا نوعی ژل مایع باشد که در خازن های الکترولیتی استفاده می شود .با توجه به این لایه عایق، جریان DC نمی تواند از خازن عبور کند زیرا آن را مسدود می کند و به جای آن اجازه می دهد ولتاژ، در سراسر صفحات به شکل بار الکتریکی وجود داشته باشد.
انواع خازن
انواع زیادی خازن در مدارهای الکتریکی به کار می‌روند که قادرند میدان‌های الکتریکی را در حجم‌های کوچک نگه دارند و همچنین انرژی را در خود ذخیره کنند. بیشتر موتورهای صنعتی، موتورهای تک فاز هستند که به خاطر داشتن انباره و ذخیره‌ی انرژی و همچنین کلید گریز از مرکز یا کلاج از اهمیت بالایی برخوردارند.
خازن خشک، استارت یا خازن راه انداز
این نوع انباره‌ها جهت کار متناوب و غیر دائم به کار می‌روند و دارای ظرفیت زیاد و ولتاژ کم نسبت به خازن‌های دائم یا روغنی هستند و به طور لحظه‌ای وارد مدار می‌شوند و همراه سیم‌پیچ استارت از مدار خارج می‌گردند.
خازن‌های استارت یا راه انداز نسبت به ابعادشان دارای ظرفیت خازنی و همچنین ولتاژ بالا هستند. این خازن‌ها به صورت موقت در مدار قرار می‌گیرند. به همین دلیل اگر در زمان طولانی تحت جریان قرار داشته باشند، آسیب می‌بینند، به همین دلیل از یک کلید گریز از مرکز یا همان کلاج استفاده می‌شود تا پس از راه اندازی، انباره را از مدار خارج کند.
بنابراین خازن استارت در طول مرحله راه اندازی موتور استفاده می‌شود و بعد از این که روتور یا چرخانه به سرعت از پیش تعیین شده رسید، خازن از مدار خارج می‌شود. این خازن‌ها بسته به کاربردشان ممکن است ولتاژهای مختلفی داشته باشند.
خازن دائم
خازن های دائم توسط موتورهای AC یا جریان متناوب تک فاز، برای بهینه کردن گشتاور و راندمان موتور استفاده می‌شوند و به صورت پیوسته در مدار وجود دارند به همین دلیل میزان خرابی خازن های دائم بسیار کمتر از خازن های راه انداز است. بدنه این انباره‌ها فلزی یا آلومینیومی و در برخی موارد پلاستیکی است و خروجی دارای دو تا چهار ترمینال با سایز سه و شش بوده و یا دارای کابل هستند.
خازن های دائم پس از قطع شدن خازن استارت یا راه انداز توسط سوپاپ گریز از مرکز، به سیم پیچی کمکی متصل باقی می‌مانند. ماهیت انباره های دائم کار به گونه‌ای است که برای کار مداوم طراحی شده و حتی زمانی که موتور خاموش می‌شود نیز نیروی کار خود را حفظ می‌کنند و این امر دلیلی است برای اجتناب از کاربرد خازن‌های الکترولیتی و استفاده از خازن‌های پلیمری کم مصرف به جای آن.
در کولرهای گازی دونوع خازن روغنی به کار می‌رود. ابتدا، خازن روغنی کمپرسور که ظرفیت آن در مدل‌های مختلف بین 25 تا 60 میکروفاراد است و دوم، خازن روغنی فن که ظرفیت آن در مدل‌های مختلف بین 3 تا 7 میکروفاراد است. البته خازن‌ها در کولر پنجره‌ای به صورت جداگانه و یا مشترک نیز قابل استفاده می‌باشند. برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید به اینجا مراجعه کنید.
نحوه کارکرد خازن استارت و روغنی
یک موتور تک فاز القایی دارای سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه است. برای ایجاد گشتاور و راه‌اندازی یک موتور، لازم است که یک اختلاف فاز جریانی بین سیم پیچ کمکی و سیم پیچ اصلی وجود داشته باشد.
اگر سیم پیچ‌های متصل به منبع AC بدون خازن باشند، هر دو سیم پیچ، میدان مغناطیسی هم‌فاز تولید می‌کنند و در نتیجه گشتاور صفر خواهد شد. اما اگر انباره به صورت سری به سیم پیچ ثانویه متصل شود، میدان مغناطیسی ضعیف‌تری نسبت به سیم پیج اولیه تولید می‌کند. این تفاوت در فازها، گشتاور شروع را ایجاد کرده و در نتیجه موتور شروع به چرخش می‌کند.
باید توجه داشت که خازن‌های استارت اجازه می‌دهند یک موتور شروع به چرخش کند و معمولا موتورهای کوچکتر دارای انباره‌های استارتی هستند که به صورت سری، به طور مداوم به سیم پیچ ثانویه متصل است، ولی از آنجا که موتورهای بزرگ برای تولید گشتاور نیاز به یک انباره بزرگتر دارند، بنابراین با خازن دائم بهتر کار می‌کنند.
اغلب هر دو انباره در یک میله قرار می‌گیرند و دارای سه ترمینال به جای دو ترمینال هستند. در واقع این موتورها یک سوپاپ گریز از مرکز دارند که وقتی موتور به 70 تا 75 درصد از سرعت کامل خود می‌رسد، خازن استارت را قطع می‌کنند. خازن های استارت معمولا ظرفیت بالاتر دارند در حالی که ظرفیت خازن های دائم کمتر است.
کاربرد
خازن ها و بانک های خازنی برای کاربردهای مختلفی استفاده می شوند که عبارتند از:
جبران توان راکتیو برای تثبیت ولتاژ، مدارهای کنترل ولتاژ و توان راکتیو سریع یا فیلتر برای حذف فرکانس‌های خاص. بانک های خازنی برای سیستم های انتقال و توزیع، سیستم های پیچیده ای هستند که برای کاربردهای خاص سفارشی شده‌اند. طراحی آن‌ها بستگی زیادی به فناوری سوئیچینگ مورد استفاده دارد. یک بانک خازن به سختی در جزئیات شبیه دیگری است. با این حال، یک بانک خازن همیشه از اجزای یکسانی (C، R، L و کلیدها) تشکیل شده است. یک بانک خازن اغلب از چندین جزء فرعی تشکیل شده است که از طریق کلیدهای مدار به شینه بانک خازن متصل می شوند. ماژولار بودن سخت افزار و عملکرد حفاظتی این امکان را به شما می دهد که دستگاه حفاظتی را دقیقاً مطابق با نیازهای بانک خازن یا جزء فرعی بانک خازن تنظیم کنید و حفاظت کامل از کل بانک خازن یا جزء فرعی بانک خازن را تنها با یک مورد انجام دهید.
مزایا
- بهره‌وری انرژی:
خازن با بهبود ضریب توان، به کاهش مصرف انرژی و تلفات در سیستم های الکتریکی کمک می کند که منجر به صرفه جویی قابل توجهی در هزینه‌ها می شود.
- بهبود عملکرد سیستم:
بهبود ضریب توان منجر به پایداری بهتر ولتاژ و کاهش فشار بر تجهیزات الکتریکی، افزایش طول عمر آن‌ها و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می شود.
- بهبود ظرفیت:
افزایش ضریب توان، ظرفیت شبکه الکتریکی را آزاد می‌کند و امکان اضافه کردن بارهای بیشتری را بدون نیاز به ارتقاء زیرساخت های پرهزینه فراهم می کند.
