تعد المكثفات مكونًا سلبيًا أساسيًا في الدوائر الكهربائية بسبب نطاق تطبيقاتها الواسع. علاوة على ذلك، من الضروري اختيار نوع مناسب من المكثفات للدائرة، حيث يتم تقسيم المكثفات إلى أنواع مختلفة بناءً على هيكلها وتكوينها. المكثفات الفيلمية هي أحد أنواع المكثفات التي تتمتع بعمر افتراضي طويل، ومحاثة ذاتية منخفضة، ويمكنها امتصاص زيادات الطاقة في الدوائر دون تعرضها للتلف.
الخطوط العريضة:
ما هو مكثف الفيلم
بناء وتشغيل مكثف الفيلم
أنواع المكثفات السينمائية
ميزة الشفاء الذاتي للمكثفات الفيلمية
حلبة السنوبر
مرشحات الطاقة
مرشحات EMI
خاتمة
ما هو مكثف الفيلم
المكثف الفيلمي هو الذي يحتوي على فيلم بلاستيكي بمثابة جدلية بين ألواحه مما يجعله أقل تكلفة ويحافظ على خصائصه ثابتة لفترة أطول. هذا الفيلم البلاستيكي رقيق جدًا حيث يبلغ سمكه ميكرومترًا واحدًا. يقع هذا المكثف ضمن فئة المكثفات غير المستقطبة، وهذا ما يجعله مفيدًا جدًا في دوائر التيار المتردد. يمكن لمكثفات الفيلم أن تتحمل الجهد الزائد الذي يبلغ ضعف سعة الجهد المقدر لها.
بناء وتشغيل مكثف الفيلم
هناك أنواع مختلفة من الأفلام البلاستيكية المستخدمة في مكثف الفيلم والتي لها خصائص مختلفة، على سبيل المثال يوفر فيلم البولي بروبيلين مقاومة عزل أعلى ومناسب للدوائر ذات التيارات العالية. علاوة على ذلك، يأتي كبريتيد البولي بروبيلين بمقاومة عالية للحرارة وخصائص حرارية جيدة ولكنه مكلف. إذن، إليك أنواع الأفلام بخصائصها التي يتم استخدامها كعازل في مكثفات الأفلام:
نوع المكثفات السينمائية
الآن استنادًا إلى مادة الفيلم العازلة للمكثف الفيلمي، تختلف خصائصها كثيرًا، لذا إليك جدول يعرض خصائص المكثفات الفيلمية بناءً على أنواع مختلفة من المواد العازلة:
لمزيد من توضيح بناء المكثفات، هناك نوعان من المكثفات الفيلمية، أحدهما عبارة عن مكثفات فيلمية والآخر مكثفات معدنية أو مكثف ترسيب البخار:
احباط المكثفات الفيلم
يحتوي هذا النوع من المكثفات على أقطاب كهربائية مصنوعة من رقائق معدنية، وهي محصورة بين الرقائق البلاستيكية للعازل الكهربائي. هذه عبارة عن مكثفات ذات غشاء ملفوف يمكن أن تكون إما حثية أو غير حثية، والفرق بين الاثنين هو أن مكثف الغشاء الحثي المستهدف له أطرافه متصلة مباشرة بالأقطاب الكهربائية قبل اللف. في حين أن مكثف الغشاء الرقيق غير الحثي يحتوي على أطراف متصلة بأوجه النهاية.
تظهر مكثفات غشاء القطب الكهربي غير الحثية محاثة أقل ولها خصائص عالية التردد مقارنة بالمكثفات الحثية. في مكثف الفيلم التحريضي، يتم وضع الرقائق المعدنية بين فيلمين بلاستيكيين ولا يتم توصيلهما مباشرة:
بينما في مكثف غشاء الرقائق غير الحثي، يتم وضع الرقائق المعدنية بطريقة يتم فيها وضع كل رقاقة على درجة معينة من الأغشية البلاستيكية العازلة:
مكثف الفيلم المعدني
نوع آخر من المكثفات الفيلمية هو مكثف الفيلم المعدني، حيث أنه يحتوي على طبقة معدنية رقيقة يتم رشها على جانب واحد من فيلم بلاستيكي عازل. تخلق هذه الطبقة المعدنية المترسبة على الفيلم البلاستيكي قطبًا كهربائيًا من المكثفات وهو رقيق جدًا مما يجعله أصغر كثيرًا من مكثف الفيلم من نوع القطب الكهربائي. هذه المكثفات هي فقط من النوع غير الحثي ولكن يمكن أن تكون إما من النوع المجروح أو من النوع الرقائقي:
يعمل المكثف الفيلمي بنفس الطريقة التي يعمل بها المكثف العام، وذلك عندما يتم توصيل مصدر طاقة به، تبدأ الإمكانات بين القطبين في التراكم. عندما تتراكم الشحنات على كلا اللوحين إلى أقصى سعتها، فهذا يعني أن المكثف مشحون بالكامل. علاوة على ذلك، تأتي مكثفات الأفلام هذه مزودة بميزة الإصلاح الذاتي مما يزيد من مدة صلاحيتها.
ميزة الشفاء الذاتي للمكثفات الفيلمية
عندما يتم إزالة المعدن من العزل بسبب التيار العالي، أو ارتفاع درجة الحرارة، أو أي جهد زائد، يقوم مكثف الفيلم بأكسدة الفيلم المترسب المحيط. يؤدي هذا إلى فصل بقية منطقة السعة عن المنطقة المعيبة وبالتالي يستمر في العمل بشكل صحيح:
ومع ذلك، فإن عزل منطقة الخلل عن بقية المكثف يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تقليل سعة المكثف بمرور الوقت. علاوة على ذلك، يوجد جدول أدناه يوضح تدهور سعة المكثف مع مرور الوقت بسبب الأكسدة:
هنا في الجدول أعلاه الرسم البياني الأزرق يوضح السعة بدون شفاء ذاتي حيث أن التدهور يمكن أن يكون مرتفعًا للغاية مما يؤدي إلى فشل كبير. إذا تم استخدام الأقطاب الكهربائية مع الصمامات في تكوين المكثفات الفيلمية، فسيكون منحنى التحلل هو الذي باللون الأخضر.
إذا تم توصيل الصمامات بشكل غير صحيح بالخلية الأولية، فقد يؤدي ذلك إلى فشل المكثف مما يؤدي إلى فقدان سريع للسعة. المنحنى البني مخصص لمكثف الفيلم عالي الطاقة الذي يحتوي على أقطاب كهربائية مجزأة مناسبة والتي تتمتع بكثافة أعلى بكثير بسبب تشريب الزيت النقي.
تم تصميم هذه الأنواع من المكثفات الفيلمية بحيث لا تفقد أكثر من 2 بالمائة من السعة الأصلية أثناء العمل على الجهد المقدر وقيم التيار. هذا هو السبب في أن مكثفات الأفلام هذه تميل إلى أن يكون لها عمر افتراضي أعلى من الأنواع الأخرى من المكثفات وتستخدم على نطاق واسع في دوائر التيار المتردد.
المكثفات السينمائية في دائرة Snubber
تواجه دوائر الطاقة عادة ارتفاعات في التيار والجهد بسبب ارتفاع معدلات تغير الفولتية وللتعامل مع مثل هذه المشكلات يتم استخدام دوائر مثبطة. تحتوي دوائر snubber بشكل أساسي على مكثفات فيلمية لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي وإجهاد أشباه الموصلات. يمكن لمكثف الفيلم أن يتحمل معدل تغير الجهد العالي الذي يمكن أن يتسبب في مرور تيار أعلى عبره. لذلك، سيكون الغشاء البلاستيكي العازل من مادة البولي بروبيلين في المكثف متطابقًا جيدًا لأنه يتمتع بالقدرة على تحمل ارتفاعات الجهد والتيار بسبب انخفاض المقاومة المكافئة والتحريض:
عندما يكون MOSFET في وضع إيقاف التشغيل، سيتم شحن المكثف من خلال المقاومة R 1 وعندما يكون MOSFET في حالة التشغيل، سيتم تفريغ المكثف من خلال المقاومة والأرض.
مكثف الفيلم كمرشحات الطاقة
لتصفية الإشارات في العاكسات والمحركات، تقوم المكثفات الموجودة على الخرج بتمرير تيارات تموج عالية لتقليل مستويات معدل تغير الجهد. وهذا في النهاية يقلل من الضغط والضغط الكهرومغناطيسي في النظام. التنفيذ العملي للمكثفات الفيلمية كمرشح الطاقة موضح أدناه في الدائرة:
عند توصيل مصدر تيار متردد، يجب أن تكون المكثفات غير مستقطبة باستثناء استخدام المكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم.
مكثفات الفيلم كمرشحات EMI
لتصفية التداخل الكهرومغناطيسي للدوائر، يتم استخدام مكثفات الفيلم المعدنية بسبب وضع فشل الدائرة المفتوحة وقدرتها على التعامل مع الفولتية العالية. هناك فئتان من المكثفات عند توصيلها بدوائر الطاقة بناءً على استخدامها. تلك التي تحمل العلامة X هي المكثفات المتصلة من خط إلى خط غالبًا ما تسمى بخط إلى المكثفات المحايدة وتستخدم لتصفية EMI التفاضلية.
في حين يتم تصنيف المكثفات المتصلة بالأرض على أنها Y وغالبًا ما تسمى مكثفات تجاوز الخط. تتجاوز هذه المكثفات الأسلاك إلى الأرض وهو ما يسمى بوضع تصفية EMI الشائع. نظرًا لأن هذه المكثفات يمكن أن تفشل، فهناك أوضاع خاصة في حالة الفشل، أي عندما يفشل المكثف X فإنه يخلق دائرة كهربائية قصيرة مما يؤدي إلى تعطل قاطع الدائرة. علاوة على ذلك، إذا فشل المكثف Y، فسيؤدي ذلك إلى إنشاء دائرة مفتوحة مما يقلل من خطر حدوث صدمة كهربائية.
علاوة على ذلك، في حالة فشل المكثف X سيؤدي إلى إيقاف تشغيل النظام وفي حالة فشل المكثف Y، سيستمر النظام في العمل ولكن سيتم تقليل تصفية EMI. فيما يلي جدول أدناه يوضح معدلات الأمان للمكثفات بناءً على توصيلات دوائرها:
الآن لتوضيح استخدام مكثفات الأفلام بشكل أكبر لتصفية EMI، إليك دائرة تيار متردد بسيطة لخط طاقة يستخدم المكثفات كمرشحات EMI:
يشكل انخفاض الحث الذاتي للمكثفات الفيلمية ميزة لأنه يحافظ على ارتفاع صدى المكثف. هنا يتم توصيل المكثف X بين الخط والمحايد بينما يتم توصيل المكثفات Y بين الخط والأرضي.
خاتمة
تتمتع المكثفات السينمائية بأهمية كبيرة عندما يتعلق الأمر بدوائر الطاقة نظرًا لخصائصها المختلفة ومن بينها خصائص الإصلاح الذاتي. تعمل هذه الخاصية على زيادة العمر الافتراضي للمكثف وتمنع أيضًا فشل النظام.
علاوة على ذلك، تنقسم هذه المكثفات الفيلمية إلى أنواع: أحدهما هو القطب الرقائقي والآخر هو مكثف الفيلم المعدني. وبالمثل، تختلف المكثفات الفيلمية أيضًا بناءً على نوع المادة العازلة للعازل الكهربائي، حيث يؤثر التركيب العازل على خصائص عمل مكثف الفيلم. تُفضل المكثفات الغشائية بسبب تصنيف التيار المموج وميزة الإصلاح الذاتي على المكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم.