Kondansatör çeşitleri, Kondansatör değerinin okunması Kondansatör Ölçümü
Kondansatör Nedir ? Kapasitör nedir ?
Kondansatör elektrik yüklerini kısa süreliğine depo etmeye yarayan devre elemanıdır.
DC doğru akımda çalışması : Seri bağlandığında iç direnci büyük olduğu için akımı geçirmez + – arası bağlantıda filtre görevi yapar
AC alternatif akımda çalışması : Seri bağlantıda şarj ve deşarj olarak AC voltajı geçirir fakat dolup boşalarak voltajı iletirken “Kapasitif Reaktans” denilen bir zorluk gösterir sembolü Xc birimi OHM Paralel bağlantıda ise filtre görevi yapar
Ayrıca osilatör devrelerinde çalışma frekansını belirlemek için kullanılırlar
Besleme devrelerinde değerleri pek önemli değildir ama çalışma voltajları kullanılan devrede ki voltajdan 3..5 volt yüksek olmalı mesela bir besleme devresinde köprü diyot çıkışında + – uçlarına bağlı filtre kondasatörünün değeri 4700 uf 16v yerine yüksek voltaj da yüksek kapasitede kondansatör takılabilir (ilk yazı da bahsetmiştim) düşük değerde kullanılabilir
Kondansatörlerin şematik sembolleri;
Kondansatörün Kullanım Alanı ve Amaçları :
Birçok devrede birçok amaçla kullanılabilir. Fakat kondansatöler 4 farklı amaç için kullanılır.
- Elektriği Depolamak
- Doğrultucu İşlemlerinde
- Filtre İşlemlerinde
- Kompanzasyon İşlemlerinde
Detaylı olarak Kondansatör konusuna başlayalım :
Elektronların kutuplanarak elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak, bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle meydana getirilen temel elektrik ve elektronik devre elemanıdır. Elektrik enerjisini, iki iletken parçanın arasına bir yalıtkan parça koyarak depolamaya yarayan elektronik devre elamanına kondansatör adı verilir.
Piyasada kapasite, kapasitör, sığaç gibi isimleri olan kondansatörler, 18. yüzyılda icat edilip geliştirilmeye başlanmış ve günümüzde teknolojinin ilerlemesinde büyük önemi olan elektrik – elektronik dallarının en vazgeçilmez unsurlarından biridir.
Kondansatör Ne İşe Yarar?
Elektrik yükü depolama, reaktif güç kontrolü, bilgi kaybı engelleme, AC/DC arasında dönüşüm yapmada kullanılırlar. Tüm entegre, elektronik devrelerin vazgeçilmez elemanıdırlar. Kondansatörlerin karakteristikleri olarak;
- Plakalar arasında kullanılan yalıtkanın cinsi,
- Çalışma ve dayanma gerilimleri,
- Depolayabildikleri yük miktarı
sayılabilir. Bu kriterler göz önünde bulundurulduktan sonra gereksinime uygun olan kondansatör tercih edilir. Kondansatörlerin fiziksel büyüklükleri, çalışma gerilimleri ve depolayabilecekleri yük miktarına bağlıdır. Tasarım açısından ise çeşitlilik fazladır, hemen her boyut ve şekilde kondansatör temin edilebilir.
Kondansatörün yapısı, iki iletken levha arasına konulan yalıtkan maddeden meydana gelir. İletken levhalar arasında bulanan yalıtkan maddeye elektriği geçirmeyen anlamında dielektrik denir. Kondansatörü meydana getiren iletkenlere de kondansatörün levhaları adı verilir.
Kondansatör sembolü “C”, birimi Farad’ dır
Birimi; 1 volt potansiyel farkı için kaç coulomb yük tutulduğunu belirten büyüklük yani
Coulomb / Volt’tur.Buna Farad (F) denir.
Kapasitesi C (F) olan bir kondansatörün V(V) potansiyel farkı için yükü:
Q = C .V Coulomb (C) olur.
Kondansatörlerin elektrik depolama kapasitesi; plakalar arasındaki uzaklığa, plakaların yüzey alanına ve kullanılan dielektrik maddenin cinsine bağlı olarak değişmektedir. İletkenler arasına bağlı dielektrik sabiti büyük yalıtkan malzemeler konularak büyük kapasiteli kondansatörler elde edilir. Kondansatör, elektriği piller gibi uzun süre depolayamaz, bir devreye bağlı olmasalar bile zamanla boşalabilirler.
Kutuplarına Göre Kondansatörler
1) Kutupsuz kondansatörler:
Kapasiteleri pikoFarad – mikroFarad aralığındadır ve üretim aşamasında kutuplanmıştır.
Devreye bağlanma şekli önemli değildir. Seramik ve mika kondansatörler bu grupta yer alır.
2) Kutuplu kondansatörler:
Üzerinde + ve – işaret bulunmaktadır.
Devreye bağlanma şekli çok önemlidir.
Ters bağlanmaları durumunda bu kondansatörler patlar.
Değerlikleri pikoFarad’dan başlar ve çok yüksek değerlere kadar devam eder.
Kondansatör Yapısı
Dielektrik olarak; Polipropilenden yapılmış film üstüne sarılan güç kondansatörlerinde kullanılır. Film kalınlığı, sarım adedi, film genişliği, kaydırma aralığı, aktif genişlik kondansatörün gücünü belirler. Kodansatörün, polipropilen film, çinko buharına vakum tutularak kaplanması yapılır. Bir yüzü iletken bir yüzü yalıtkan film elde edilir. Elemanların tabanları çinko ile kaplanır. Özel kağıt ve bunun gibi arasına yağ sızdırılmış özel maddelerde konulur.
Üretim yapılırken kondansatörlerin içinde ince dielektrik şeritler bulunur. Gerilim durumuna göre güvenliği sağlamak için birkaç kat sarılır. Kondansatör dielektriğini arttırmak için sıvı emdirilir.
Sıcaklık kondansatörlerin ömürlerini azaltır. Kondansatör firmaları tarafından + 50º /- 40º C sıcaklığa dayanabilecek şekilde kondansatör imalatı yapılmaktadır. Kondansatörler kendiliğinden soğumaz. Kondansatörler için özel havalandırma yapılmalıdır.
Tantal kondansatör, elektrolitik kondansatör kutupludur, bu sebeple yalnızca DC ile çalışan devrelerde kullanılabilir. AC veya DC devrelerinde ise kutupsuz kondansatörler kullanılabilir. Kondansatörler, kompanzasyon panosunun en önemli aletidir. Güç kat sayılarını yükseltmek için kullanır. Kondansatör kapasitesi düşüklüğü, ömrünün kısa ve sıcaklığının yüksek olmasından kaynaklanır. AC kondansatörler ve DC kondansatörler birbirleri arasında dönüşümde kullanılırlar.
Kondansatör Nasıl Şarj Edilir?
Kondansatörlerin şarjı, kondansatör plakalarının değişik halde yüklenmesi, kondansatör levhalar arasında potansiyel farkının meydana gelmesidir. Kondansatörün iki levhasının eşit miktarda elektronu varken kondansatör boştur. Kondansatör bir pile bağlandığı zaman pilin pozitif (+) artı kutbunun bağlandığı taraftaki levhadaki elektronlar, pilin (+) ucuna doğru gider bu levha pozitif duruma geçer. Bu levhanın artı yük kazanması karşısındaki levhaya gelen elektron sayısını arttırır. Pilin artı ucuna yakın olan levha pozitif, öbür levha ise negatif olarak yüklenir. Kondansatörde bulunan dielektrik malzeme yalıtkan olduğundan pil sürekli bir akım dolanımı başlatamaz.
Kondansatörün levhaları arasındaki potansiyel gerilim, pil gerilimine eşit olduğunda geçen akım sıfıra iner. Kondansatörün pille bağlantısı kesildikten sonra kondansatörde biriken enerji kısa bir süreliğine levhalarda kalır. Kondansatörün yükü belli bir süre tutması levhaların ve dielektrik maddenin kalitesine bağlıdır. DC devrelerde kondansatörler ilk anda şarj olur, DC akım kesildikten sonra da bir süre bu şarj durumunda kalır. AC devrelerde ise kondansatörler alternans değiştikçe sürekli dolup boşalır.
Kondansatör Ölçüm Birimleri
Kondansatör ölçüm birimleri Farad, büyük bir kapasite değerine karşılık geldiği için uygulamalarda faradın ast katları kullanılır. Ast katları;
Mikrofarad ( µf)
Nanofarad (nf)
Pikofarad (pf)
Milifarad (mf)
Tabloda kondansatör birimleri arasındaki çevirimler belirtilmektedir.
Kondansatör Çalışma Voltajı
Kondansatörlerin kapasitesinin yanında yazan çalışma voltajının uygulamalarda önemi büyüktür. Kondansatörlerin uygulamada değişmez voltajı vardır.
Kondansatörlerin değişmez voltaj değerleri :
3–6–10–16–25–35–50–63–100–160–250–350–400–450–630-1000V…
12 V’ ta çalışan elektronik devrede 3 V’ luk bir kondansatör kullanılamaz. Çünkü elektrolitik kondansatörler, çalışma voltajlarının üstünde gerilime maruz kaldığında fazla ısınırak patlayabilirler.
Kondansatörlerin Sabit Güç Değerleri
0,50- 0,75- 1- 2- 2,5- 5- 7,5- 10- 12- 15- 20- 22,5- 25- 30- 37,5- 40- 42,5- 45- 50- 75- 100 KVAR olarak üretilirler. Büyük güçler için özel üretim yapılır.
Kondansatörlerin Kullanım Alanları
Enerji depolamada, reaktif güç depolama ve faz kaydırma, doğrultmaç ve filitrelemede kullanılır. Redresörlerde, elektrikli ev aletlerinde, haberleşmede, alıcı ve verici sistemlerinde ve elektronikte iki kat arasında by pass, kuplaj, dekuplaj, filtre ve ayar elemanı olarak kullanılmaktadır. Radyo ve TV setlerinde; telefon, bilgisayar, radar gibi elektronik aletlerde; telekomünikasyon şebekelerinde kullanılırlar. Ayrıca tek faz motorlarının çalışmaya başlamalarında starter olarak, foto-flaşlarda, radyo-frekans sistemlerinin güç kaynaklarına bağlanmasında kullanılır.
Güç kondansötörleri; reaktif ve endüktüf yükleri kompanze eden devre elamanlarıdır.
Kompanzasyon kodansatörleri devreye yüzlerce defa girip çıkar.
Kondansatör fiyatları kullanıldıkları yere ve işlevine göre değişir.
Kondansatör Çeşitleri
Kondansatör çeşitleri üç türlüdür;
- Ayarlı kondansatör
- Değişken Kapasiteli Diyotlar
- Sabit kondansatör
Ayarlı kondansatörler
Ayarlı kondansatörler, değeri maksimum ve minimum aralıklar arasında değiştirilebilen kondansatörlerdir.
Değişken Kapasiteli Diyotlar (Varaktör)
Jonksiyon diyotlara ters gerilim uygulandığında bir kondansatör gibi çalışmaktadır. Uygulanan gerilime göre kapasitif değer değişir.Uygulanan gerilim büyüdükçe kapasitif değeri küçülür.
Gerilime bağlı kapasite değişikliği nedeniyle VARAKTÖR / VARİKAP adı verilmiştir.
Sabit kondansatörler (kapasitör)
- Elektrolitik kondansatör ( Tantal kondansatör, Aliminyum plakalı kondansatör, Sıvı / Kuru )
- Kağıtlı kondansatör
- Mikalı kondansatör (Gümüş kaplanmış, Aluminyum folyolu kaplanmış mikalı kondansatör)
- SMD kondansatör
- Film kondansatör / Plastik kondansatör (Poliyester Kondansatör, Polistren Kondansatör , Polipropilen Kondansatör, Metal Kaplı Kondansatör-Kutupsuz )
- Seramik Kondansatör ( Mercimek Kondansatör Okuma )
- Metalize kondansatör
- Kompanzasyon kondansatör
Yalıtkan cinsine göre Kondansatörler
Kondansatörlerde Sigorta Seçimi
Kondansatörlerde kısa devre oluşmaması için, kondansatörlerin alçak gerilimden korunması yeterli olacaktır. Bu işlem sigortalar tarafından sağlanmaktadır. Kondansatör, işletme içerisine alındığında çektikleri akım ve ek şebeke harmonikleri dikkate alınırsa, kondansatörlerde sigortalar, normal akımının 1,7 katı değerde sigorta seçimi yapılmalıdır.
Örneğin; 50 kVAr ’lık üçgen bağlı olan kondansatörü koruyacak sigorta. Qc= √ 3xUxI Ic= 50000/(√3×380)= 76 I sigorta =1,7 x 76 A= 129 Amper Ortalama 125 Amper seçilmiş olur.
Kondansatör Güç Hesaplama Formülü
Doğru ve iyi bir kompansazyon yapabilmek için;
1- Kondansatör gücü iyi hesaplanmalı
2- Akım trafosu ve kondansatör adımı dikkatli seçilmelidir.
Toplam Yük Biliniyorsa Kondansatör Gücünün Hesaplanması
Motora bağlanacak olan kondansatörün gücünü şöylece hesaplayabiliriz. Önce motorun boşta çalışma akımı ölçümü yapılır, sonra formül yardımı ile hesaplanır.
Qc = √3 x Uh x Ih (b) 0,9 x 10¯³………..kVAR formülüyle hesaplanır.
Formüldeki değerler;
Qc = Motora bağlanacak olan kondansatörün gücü (KVAR)
Ihb= Motorun boşta çalışırken hat akımı (A)
Uh= Motora uygulanan hat gerilimi (V)
İşletmelerde bütün motorların boş çalışma akımı bulunamaz. cosφ değeride bilinmez. Bundan dolayı bu formül kullanılmaz. Kondansatör gücünü hesaplamak için sistemler şunlardır.
Aktif ve reaktif sayaç kullanmak,
Aktif ve reaktif tüketim faturası,
Ampermetre, voltmetre ve aktif sayaç,
Panodaki çizelgeden yararlanılır.
Vektör diyağramı
İşletmede reaktif sayaç varsa gelen elektrik faturasından yaklaşık cosφ bulunur.
Bir günde değişik zamanlarda, bir iki ölçüm yapmakla yaklaşık cosφ değeri verir. Tesiste bulunan bütün alıcıların aydınlatma, motorlar, ısıtıcılar vs etiketlerinin üstünde yazılı güçlerin toplanması ile tesisin kurulu aktif gücünü belirlemeye yeter. Daha sonra ise güç vektörü çizilir ve formüller bulunur, bu formüllerden faydalanarak gereken kondansatör gücünü hesaplamak mümkündür.
Şeklimizde çizilmiş olan vektör diyagramında ölçülen cosφ değeri ve ulaşılması gereken cosφ değerinin açıları φ1 ve φ2 olsun. Bu durumda;
tan φ1 = QL/P→ QL = P x tan φ1
tan φ2 = Q/P→ Q x P x tan φ2
QC = QL – Q = P x tan φ1 – P x tan φ2 = P x (tan φ1 – tan φ2) olarak bulunmuş olur.
Qc = P x (tan φ1 – tan φ2)
Örneğin; İşletmenin kurulu aktif gücü 60 Kw ve cosφ = 0,707 olduğunda cosφ değerini 0,95’e çıkarmak için gereken kondansatör gücünü hesaplayalım
Çözüm; cosφ1 = 0,707 ise φ1 = 45º ve tan φ1 = 1 cosφ2 = 0,95 ise φ2 = 18º ve tan φ2 = 0,32 Qc = P x (tan φ1 – tan φ2) Qc = 60 x (1- 0,32) Qc = 40,8 kVAR olarak hesaplanır.
İşletmede Aktif ve Reaktif Sayaçlar Varsa Kondansatör Gücün Hesaplanması
Kronometre yardımı ile anma yükte iki sayaç disklerinin bir dakikadaki dönme sayıları okunur. Aktif sayaç diskinin dönme sayısı np (d/dk), reaktif sayaç dönme sayısı nq (d/dk). Aktif sayaç sabitesi Cp (d/kwh), reaktif sayaç sabitesi Cq (d/kwarh) ise; Aktif güç P1= np x 60/Cp….. kW, Reaktif güç Q1 =nq x60/Cq……. kVAR Kondansatör gücü Qc =Q1 – P1 x Tan q2 …..kVAR bulunur.
İşletmede Aktif Sayaç, Ampermetre, Voltmetre Varsa Kondansatör Gücünün Hesaplanması
İşletme anma yükünde çalıştırılır. Bu yükte akım ve gerilim değerleri okunur.
S1= √3 x U x I x 10¯³ kVA bulunur.
Bir kronometreyle aktif sayaç diskinin bir dakikadaki dönme sayısı np sayılır, sayaç sabitesi Cp bulunur.
P1= np x 60/Cp…..kW bulunur.
cosφ1= P1/S1 olup, tanφ1√1- cos² φ1/cosφ1Qc = P1.(tan φ1- tan φ2) formülüyle hesaplanır.
İşletmede Ampermetre, Wattmetre, Voltmetre Varsa Kondansatör Gücünün Hesaplanması
S1= √3 x U x I x 10¯³…KVA , cosφ1= P1/S1 olup, tan φ1= √1-cos²φ1/cosφ1Qc = P1 (tan φ1- tan φ2) formülüyle hesaplanır.
Kondansatör Adım Tayini
Birinci adım seçilirken dikkat edilecek en önemli konu, sabit olan tesis gücünün toplam ının % 5′ i – % 10′ u olarak seçilmelidir. Kondasatör değerleri seçilirken 45 kVar’ lık güç tesisi için 5 kademeli reaktif güç kontrol rölesi seçilir. Bu adımlar aşağıdaki gibi olur.
1. kademe 5 kVAR
2. Kademe 10 kVAR
3. kademe 10 kVAR
4. kademe 10 kVAR
5. kademe 10 kVAR gibi.
Kondansatör Devreye Nasıl Bağlanır?
Kondansatörler, paralel, seri, seri-paralel (karışık) bağlanırsa yine bir kondansatör elde edilir. Bu eşdeğer kondansatörün kapasitesi, bunu oluşturan kondansatörlerin kapasitelerinden hesap edilir. Kondansatörler devreye üç şekilde bağlanır.
- Seri bağlama
- Paralel bağlama
- Seri-Paralel (Karışık) bağlama
Seri Bağlama
Kondansatörlerin, pozitif ucuna negatif ucun gelmesi ile arka arkaya bağlanma işlemine seri bağlantı adı verilir. Her kondansatörde farklı gerilim düşer. Seri bağlantıda çalışma gerilimi yükselir toplam kapasite azalır.
Seri bağlı kondansatör eş değer devresi
Aşağıdaki formülle iki veya daha fazla kondansatörlerin seri bağlanması sonunda meydana gelen eş değer kapasitesinin bulunması;
Sadece iki kondansatör seri bağlıysa bu durumda toplam (eş değer) kapasite,
denklemiyle hesaplanır.
Seri bağlı kondansatörlerin uçları arasındaki potansiyel farkların toplamı, sistemin potansiyeline eşittir. Bir veya daha fazla kondansatör seri bağlandığı zaman devreye uygulanacak maksimum gerilim seri bağlı kondansatörlerin çalışma gerilimlerinin toplamıyla bulunmaktadır.
Seri bağlı kondansatörlerin yükleri birbirine eşittir. Bu da sistemin eş değer yüküdür.
Paralel Bağlama
Birden fazla kondansatörün negatif uçlarının bir noktaya, pozitif uçlarının diğer bir noktaya bağlanması işlemine paralel bağlantı denilmektedir. Paralel bağlamada kondansatörler de, aynı kutuplar birbirine bağlanır.
Paralel bağlı kondansatör eş değer devresi
Paralel bağlı kondansatör eş değer devresi
Sistemde birden çok kondansatör paralel bağlanırsa eş değer kapasite:
denklemiyle hesaplanır.
Sistemin eş değer yükü her bir kondansatörün ayrı ayrı sahip olduğu yüklerin toplamına eşittir.
Kondansatörlerin uçları arasındaki potansiyel farkları aynı olup sistemin potansiyeline eşittir.
Kondansatörler paralel bağlandığında kapasiteleri artar voltajı ise bağlantıda kullanılan en küçük voltaj değerine sahip olan kondansatörün çalışma voltajı kadar olur
Seri-Paralel (Karışık) Bağlama
Kondansatörler seri ve paralel bağlanır. Devrelerde hesap yapılırken önce kendi aralarında seri veya paralel bağlanan kondansatörlerden başlanmalıdır. Sonra diğer kondansatörler ile bağlama biçimlerine göre yeniden değerlendirilerek ve sondan başa doğru hesap yapılır.
Karışık bağlı kondansatör devresi
Not: Kondansatörler seri bağlandığında eşdeğer kapasitesi küçülür. Paralel bağladığında ise eşdeğer kapasitesi büyür.
Kondansatörde Yük Enerji ve Kapasite
Şarj işlemi sonunda kondansatör, Q elektrik yüküyle yüklenmiş olur ve bir EC enerjisi kazanır.
Kondansatörün yüklenebilme özelliğine kapasite (siga) denir. C ile gösterilir.
(Anahtarı açınca Sarı Led’di takip edin )
Q, EC, C ve uygulanan V gerilimi arsında su bağlantı vardır.
Q=C.V EC=CV2/2
Q: Coulomb (kulomb)
V: Volt
C: Farad (F)
EC: Joule (Jul)
Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, C kapasitesi ve uygulanan V gerilimi ne kadar büyük ise Q elektrik yükü ve buna bağlı olarak devreden akan IC akimi da o kadar büyük olur.
Kondansatörün Kapasite Formülü
Kondansatörün kapasite formülü:
C = ε0.εr.(A/d)
ε0: (Epsilon 0): Boşluğun di elektrik katsayısı (ε0=8.854.10-12)
εr: (Epsilon r): Plakalar arasında kullanılan yalıtkan maddenin IZAFI1 di elektrik (yalıtkanlık) sabiti.
A: Plaka alanı
d: Plakalar arası uzaklık
A ve d değerleri METRIK sistemde (MKS) ifade edilirse, yani, “A” alanı (m) ve “d” uzaklığı, metre (m2) cinsinden yazılırsa, C’ nin değeri FARAD olarak çıkar.
Örnek:
Kare seklindeki plakasının her bir kenarı 3 cm ve plakalar arası 2 mm olan, hava aralıklı kondansatörün kapasitesini hesaplayalım.
A ve d degerleri MKS’ de söyle yazilacaktir:
A=0,03*0,03=0,0009m2 = 9.10-4 m2
d=2mm=2.10-3m ε0 = 8,854.10-12
Hava için εr=1 olup, değerler yerlerine konulursa:
C=8,854.10-12.4,5.10-1=39,843.10-13 F=3,9PF (Piko Farad)1 olur.
NOT:
1 IZAFI kelimesi, yalıtkan maddenin yalıtkanlık özelliğinin boşluğunkinden olan farkını göstermesi nedeniyle kullanılmaktadır. Izafinin, öz türkçesi, “göreceli” dir.
AC Devrede Kondansatör
Yukarıda DC devrede açıklanan akım olayı, AC devrede iki yönlü olarak tekrarlanır. Dolayısıyla da, AC devredeki kondansatör, akım akışına karşı bir engel teşkil etmemektedir. Ancak bir direnç gösterir.
Kondansatörün gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir.
Kapasitif reaktans, XC ile gösterilir. Birimi Ohm(Ω) dur.
XC = (1/ωC) = (1/2πfC) ‘Ohm olarak hesaplanır.
XC = Kapasitif reaktans (Ω)
ω = Açisal hiz (Omega)
f = Frekans (Hz)
C = Kapasite (Farad)
Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, kondansatörün XC kapasitif reaktansi; C kapasitesi ve f frekansı ile ters orantılıdır. Yani kondansatörün kapasitesi ve çalışma frekansı arttıkıça kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle direnci azalır.
