خازن

خازن ها در صنعت انواع مختلفی دارند و مرسوم ترین نمونه آنها که در همه قطعات برقی دیده می شود؛ خازن های الکترولیتی استوانه ای و عدسی است؛ اما قرار است ما در مورد خازن های صنعتی صحبت کنیم که به دو دسته فشار ضعیف و فشار متوسط تقسیم می شوند. این خازن ها برای کاربرد های صنعتی طراحی شده اند و دارای ابعادی بسیار بزرگ تر از خازن های الکترولیتی و نوع ساختی بسیار متفاوت هستند.

کاربرد خازن های صنعتی

خازن های صنعتی در بخش هایی مورد استفاده قرار می گیرند که دارای فقدان ضریب توان مناسب بوده و یا با بخش بزرگی از بار های سلفی روبرو هستند. از جمله مهم ترین مصرف کنندگان بارهای سلفی؛ الکتروموتورهای سه فاز آسنکرون قفسه سنجابی هستند. طبق یک آمار؛ بخش بزرگی از مصرف کنندگان انرژی الکتریکی در صنعت را الکتروموتورها با کاربرد های گوناگون اعم از موتوری، ژنراتوری، پمپ، فن و… تشکیل می دهند.
شبکه برق متشکل از دو نوع توان می باشد؛ توان اکتیو و راکتیو؛ آنچه که مورد نظر و مطلوبیت شرکت های برق منطقه ای می باشد؛ استفاده مشترکان از توان اکتیو می باشد. از آنجایی که بارهای سلفی برای راه اندازی از توان راکتیو نیز استفاده می شوند؛ استفاده از توان راکتیو، ایجاد هزینه برای شبکه برق کرده و بر همین اساس، شرکت های برق منطقه ای هزینه قابل توجهی را بابت استفاده از این انرژی از مشترکین درخواست می کنند. بر همین اساس استفاده از تابلو هایی متشکل از تعدادی خازن که به بانک خازنی معروف است؛ به منظور جبران توان راکتیو، مورد توجه مصرف کنندگان بویژه مصرف کنندگان صنعتی برق، قرار گرفته است. علاوه بر این در برخی از نقاط کشور و در جهت تامین انرژی الکتریکی مناسب، دچار مشکل در ضریب توان هستیم. با توجه به اینکه تابلوهای بانک خازنی با توان راکتیو سر و کار دارند و ضریب توان عبارت است از نسبت توان اکتیو به توان ظاهری؛ خازن ها توان راکتیو را بهبود می بخشند و این بهبودی منجر به بهبودی توان ظاهری شده و در نهایت ضریب توان اصلاح می شود.

انواع خازن های صنعتی فشار ضعیف

در میان همه دسته بندی های خازن ها با کاربرد های گوناگون، ما با دسته ای از خازن ها سروکار داریم که مناسب تجهیزات فشار ضعیف بوده و برای رنج ولتاژی زیر ۱۰۰۰ ولت تولید می شوند. این خازن ها از نوع استوانه ای یا کتابی بوده و به سه دسته تقسیم می شوند :

۱- خازن های خشک
این خازن ها در دو نوع تک فاز و سه فاز تولید می شوند. ساختار داخلی آنها متشکل از کویل های آلومینیومی است که در مدل سه فاز از اتصال مثلث برای آنها استفاده می شود. این کویل ها با رزین حرارت دیده پوشیده شده اند و بر همین اساس از روغن برای دی الکتریک آنها استفاده نشده است. این ساختار باعث جلوگیری از خطر انفجار شده، ایمنی و سازگاری با محیط زیست را به دنبال دارد؛ به این خازن ها، خازن استارت هم می گویند و محدوده ولتاژی آنها کمتر از خازن روغنی است.
در شبکه هایی که در آنها از تجهیزاتی مانند درایوهای کنترل دور موتور،UPS و یا بطور کلی تجهیزاتی که عملیات سوئیچینگ دارند؛ استفاده می شود، نباید از خازن های خشک استفاده کرد. این تجهیزات تولید کنندگان اصلی هارمونیک هستند و اعوجاج های هارمونیکی به خازن های خشک و تجهیزات متصل به آن آسیب می زند. برای رفع این منظور عموما از فیلتر های حفاظتی و یا فیلتر های هارمونیکی استفاده می شود.

۲- خازن های روغنی
خازن های روغنی دارای ظرفیت ولتاژی بیش از ۳۷۰ ولت هستند و در آنها از دی الکتریک روغن مخصوص استفاده شده است. از خازن های روغنی برای کارهای دائمی، بهینه کردن گشتاور و راندمان موتور استفاده می شود. اگرچه میزان خرابی آنها کمتر از خازن خشک بوده؛ اما دو مشکل دارند : ۱- دارای ظرفیتی کمتر از خازن خشک هستند.
۲- برای محیط زیست خطرناک هستند.
خوب است بدانید که نهایت ظرفیت یک خازن روغنی ۱۰۰ میکرو فاراد است.

۳- خازن های گازی
خازن های گازی در ساختمان داخلی خود از فشار گاز بهره می برند که این فشار گاز موجب ایجاد یک ناحیه ایزوله به واسطه خروج بخار فلز از ناحیه شکست می شود.
نکته مهم در خازن های گازی، خاصیت خود ترمیمی آنهاست؛ در صورتی که در داخل خازن شکست عایقی صورت گیرد، یک لایه بسیار نازک تشکیل می گردد که تأثیری بر عملکرد خازن ندارد. برای اصلاح ضریب توان در شبکه های سه فاز از خازن های گازی استفاده می شود.
ظرفیت توانی خازن های گازی از ۰.۴ الی ۵۶ کیلووار می باشد.

مزایا و معایب خازن

مزایای خازن

• حفظ انرژی سریع: خازن‌ها می‌توانند انرژی را به‌سرعت ذخیره و آزاد کنند، که این ویژگی برای بسیاری از مدارها حیاتی است.

• ابعاد کوچک: خازن‌ها در ابعاد بسیار کوچکی موجود هستند، اما می‌توانند انرژی زیادی را ذخیره کنند.

• طول عمر بالا: بسیاری از خازن‌ها عمر طولانی دارند و در شرایط مختلف کاری به‌خوبی عمل می‌کنند.

معایب خازن

• ظرفیت محدود: خازن‌ها نسبت به باتری‌ها ظرفیت کمتری دارند و نمی‌توانند انرژی زیادی را برای مدت طولانی ذخیره کنند.

• حساسیت به دما: برخی از خازن‌ها به دماهای بالا حساس هستند و می‌توانند به‌راحتی آسیب ببینند.

نحوه انتخاب بهترین خازن برای کاربردهای مختلف

1. ظرفیت و ولتاژ

یکی از مهم‌ترین فاکتورها برای انتخاب خازن، ظرفیت و ولتاژ کاری آن است. هر خازن باید برای شرایط خاص مدار و ولتاژ کاری مناسب انتخاب شود.

2. نوع خازن

انتخاب نوع خازن (الکترولیتی، سرامیکی، پلی‌استر و غیره) بسته به نیاز مدار متفاوت است. برای مثال، اگر نیاز به ذخیره انرژی برای مدت زمان طولانی دارید، خازن‌های الکترولیتی انتخاب بهتری هستند.

3. پایداری

برای مدارهای حساس که نیاز به پایداری و دقت دارند، باید از خازن‌هایی با پایداری بالا و مشخصات دقیق استفاده کرد.

انتخاب خازن مناسب برای کاربردهای مختلف

انتخاب صحیح خازن برای یک سیستم خاص نیازمند دقت و بررسی دقیق ویژگی‌های مدار است. در این بخش، نکاتی که باید در هنگام انتخاب خازن مناسب مدنظر قرار گیرد را بررسی می‌کنیم.

۱. ظرفیت خازن

ظرفیت خازن یکی از مهم‌ترین ویژگی‌ها است که باید به آن توجه شود. ظرفیت خازن معمولاً بر حسب میکروفاراد (μF) یا نانوفاراد (nF) اندازه‌گیری می‌شود. برای انتخاب خازن با ظرفیت مناسب، باید نیاز مدار به ذخیره‌سازی انرژی، فیلترینگ یا اصلاح ضریب قدرت بررسی شود.

۲. ولتاژ نامی

ولتاژ نامی خازن باید از ولتاژ سیستم شما بیشتر باشد تا در برابر فشارهای الکتریکی مقاومت کند. اگر ولتاژ سیستم بیشتر از ولتاژ نامی خازن باشد، ممکن است خازن دچار آسیب شود. بنابراین، همیشه باید خازنی با ولتاژ نامی بالا انتخاب کرد که توانایی تحمل ولتاژ سیستم را داشته باشد.

۳. نوع خازن

همانطور که پیشتر اشاره شد، انواع مختلفی از خازن‌ها وجود دارند که بسته به کاربرد خود باید انتخاب شوند. به‌عنوان مثال:

• خازن‌های الکترولیتی برای مدارهایی با جریان بالا و ولتاژ بالا مناسب هستند.

• خازن‌های سرامیکی برای مدارهای حساس و با فرکانس بالا ترجیح داده می‌شوند.

• خازن‌های فیلم در مدارهایی با قدرت بالا و ولتاژ ثابت کاربرد دارند.

۴. فرکانس کاری

فرکانس کاری خازن در برخی از مدارهای الکترونیکی به‌ویژه در سیستم‌های رادیویی و مخابراتی بسیار اهمیت دارد. خازن‌ها باید قادر باشند تا در فرکانس‌های خاصی به‌طور مؤثر عمل کنند و هیچ گونه تداخل یا افت عملکرد نداشته باشند.

۵. طول عمر و پایداری

در انتخاب خازن، طول عمر و پایداری آن نیز باید در نظر گرفته شود. بعضی از خازن‌ها به‌ویژه انواع الکترولیتی ممکن است با گذشت زمان دچار کاهش عملکرد شوند. بنابراین، انتخاب خازن‌هایی با عمر طولانی و پایداری بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

تفاوت خازن‌ها با دیگر قطعات الکتریکی

خازن‌ها از نظر عملکرد با سایر قطعات الکتریکی مانند مقاومت‌ها، سلف‌ها و ترانزیستورها تفاوت‌های زیادی دارند. در این بخش به مقایسه عملکرد خازن‌ها با دیگر قطعات می‌پردازیم.

۱. تفاوت خازن با مقاومت

خازن‌ها و مقاومت‌ها هر دو نقش مهمی در مدارهای الکتریکی دارند، اما عملکرد آن‌ها کاملاً متفاوت است. در حالی که مقاومت‌ها به‌طور مستقیم جریان الکتریکی را کاهش می‌دهند و انرژی را به صورت حرارت تلف می‌کنند، خازن‌ها انرژی را به‌صورت الکتریکی ذخیره می‌کنند و قادرند در زمان نیاز آن را آزاد کنند.

۲. تفاوت خازن با سلف

سلف‌ها و خازن‌ها هر دو در ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی در مدارها نقش دارند، اما یکی انرژی را در قالب میدان مغناطیسی و دیگری در قالب میدان الکتریکی ذخیره می‌کند. سلف‌ها بیشتر در مدارهایی که نیاز به فیلترینگ جریان و تصحیح فرکانس دارند استفاده می‌شوند، در حالی که خازن‌ها بیشتر برای فیلترینگ ولتاژ و ذخیره انرژی به‌کار می‌روند.

۳. تفاوت خازن با ترانزیستور

ترانزیستورها برای تقویت و سوئیچینگ سیگنال‌ها در مدارها به‌کار می‌روند، در حالی که خازن‌ها انرژی الکتریکی را ذخیره کرده و در زمان مناسب آن را آزاد می‌کنند. ترانزیستورها اغلب برای کنترل جریان و تقویت سیگنال استفاده می‌شوند، اما خازن‌ها بیشتر در مدارهای انرژی و تصحیح ولتاژ کاربرد دارند.

نگهداری و سرویس خازن‌ها

اگرچه خازن‌ها دستگاه‌های با دوام و طول عمر بالایی هستند، اما نگهداری صحیح از آن‌ها می‌تواند عمر مفیدشان را افزایش دهد. در این بخش به نکات مهم در خصوص نگهداری و سرویس خازن‌ها اشاره می‌کنیم.

۱. بازرسی دوره‌ای

خازن‌ها به‌ویژه در مدارهای صنعتی و حساس باید به‌طور منظم بررسی شوند تا از عملکرد صحیح آن‌ها اطمینان حاصل شود. در صورت مشاهده علائمی مانند تغییرات غیرعادی در ظرفیت یا دمای خازن، باید به‌سرعت آن‌ها را تعویض کرد.

۲. جلوگیری از اضافه بار

خازن‌ها باید در شرایط کاری مناسب و مطابق با ویژگی‌های مدار قرار گیرند. استفاده از خازن‌هایی با ظرفیت نامناسب یا اعمال ولتاژ بیشتر از حد مجاز می‌تواند باعث خرابی و از بین رفتن عملکرد آن‌ها شود.

۳. تمیز نگه‌داشتن خازن

گردوغبار و آلودگی‌های محیطی می‌توانند بر عملکرد خازن‌ها تأثیر بگذارند. به‌ویژه در محیط‌های صنعتی، باید از تمیز بودن سطح خازن‌ها اطمینان حاصل کنید تا از بروز مشکلات ناشی از اتصالی جلوگیری شود.

۴. تعویض به‌موقع خازن‌ها

همچنین باید توجه داشته باشید که برخی از انواع خازن‌ها، به‌ویژه خازن‌های الکترولیتی با گذشت زمان دچار کاهش ظرفیت یا آسیب می‌شوند و نیاز به تعویض دارند. تعویض به‌موقع این خازن‌ها باعث افزایش پایداری و عملکرد مدار می‌شود.

قیمت خازن‌ها

قیمت خازن‌ها بسته به نوع، ظرفیت، ولتاژ و برند متفاوت است. برخی از عواملی که بر قیمت خازن‌ها تأثیر می‌گذارند عبارتند از:

۱. نوع خازن

خازن‌های الکترولیتی معمولاً نسبت به دیگر انواع خازن‌ها قیمت پایین‌تری دارند، در حالی که خازن‌های سرامیکی، فیلم و نوع‌های پیشرفته‌تر (مانند خازن‌های صنعتی) قیمت بالاتری دارند.

۲. ظرفیت خازن

ظرفیت خازن‌ها یکی از مهم‌ترین عواملی است که بر قیمت آن‌ها تأثیر می‌گذارد. هرچه ظرفیت خازن بیشتر باشد، معمولاً قیمت آن نیز بیشتر خواهد بود.

۳. ولتاژ نامی

خازن‌های با ولتاژ نامی بالا معمولاً قیمت بالاتری دارند، زیرا برای تحمل فشارهای الکتریکی بیشتر طراحی شده‌اند.

۴. برند و کیفیت ساخت

خازن‌های برندهای معروف مانند شیندلر، سیمنز، ABB و توسن معمولاً قیمت بالاتری دارند، اما کیفیت و دوام بیشتری هم ارائه می‌دهند. برندهای کمتر شناخته شده ممکن است قیمت پایین‌تری داشته باشند، اما گاهی اوقات کیفیت آن‌ها ممکن است پایین‌تر از برندهای معروف باشد.

۵. نوع کاربرد

خازن‌هایی که برای کاربردهای خاص مانند فیلترینگ دقیق، ذخیره‌سازی انرژی در سیستم‌های قدرت یا کاربردهای پزشکی طراحی شده‌اند، معمولاً قیمت بالاتری دارند.

راهنمای خرید:

• خازن‌های استاندارد برای استفاده در مدارهای خانگی و الکترونیکی از قیمت‌های مناسبی برخوردار هستند.

• خازن‌های صنعتی که برای استفاده در تجهیزات و ماشین‌آلات سنگین به‌کار می‌روند، معمولاً قیمت بالاتری دارند.

خرید خازن مناسب

خرید خازن مناسب برای سیستم یا دستگاه شما بستگی به چندین عامل دارد. در این بخش، نکات مهمی برای خرید خازن مناسب آورده شده است:

۱. تعیین نیازهای سیستم

قبل از خرید خازن، باید نیازهای سیستم یا دستگاهی که می‌خواهید آن را در آن استفاده کنید را مشخص کنید. این شامل ظرفیت، ولتاژ و کاربرد دقیق مدار است.

۲. انتخاب نوع خازن

بر اساس نیاز خود، باید نوع مناسب خازن را انتخاب کنید. به‌عنوان مثال، اگر در مدار خود به انرژی ذخیره‌سازی نیاز دارید، خازن‌های الکترولیتی ممکن است گزینه خوبی باشند، در حالی که برای فیلترینگ سیگنال‌های با فرکانس بالا، خازن‌های سرامیکی گزینه مناسب‌تری هستند.

۳. بررسی کیفیت و برند

از برندهای معتبر و شناخته شده استفاده کنید تا از کیفیت، دوام و عملکرد صحیح خازن اطمینان حاصل کنید. برندهایی مانند شیندلر، زیمنس، ABB، و توسن معمولاً محصولات با کیفیت بالایی ارائه می‌دهند.

۴. توجه به استانداردها و گارانتی

اطمینان حاصل کنید که خازن خریداری شده مطابق با استانداردهای صنعتی و ایمنی است. همچنین، داشتن گارانتی معتبر برای محصول از اهمیت بالایی برخوردار است.

۵. مشاوره با کارشناسان

در صورتی که در انتخاب خازن دچار تردید هستید، می‌توانید با کارشناسان فنی مشاوره گرفته و از تجربه آن‌ها برای خرید بهترین خازن استفاده کنید.

نتیجه‌گیری

خازن‌ها اجزای اساسی و حیاتی در مدارهای الکتریکی هستند که می‌توانند تأثیر زیادی بر عملکرد و بهبود کارایی سیستم‌ها بگذارند. با توجه به انواع مختلف خازن‌ها و کاربردهای متنوع آن‌ها، انتخاب صحیح خازن برای هر نوع سیستم یا کاربرد ضروری است. خازن‌ها نه‌تنها در ذخیره انرژی و تصحیح ضریب قدرت بلکه در فیلترینگ سیگنال‌ها و حفاظت از مدارهای الکتریکی نیز نقش مهمی ایفا می‌کنند.

با رعایت نکات مربوط به نگهداری، انتخاب صحیح، و استفاده از خازن‌های مناسب، می‌توان طول عمر تجهیزات الکتریکی را افزایش داد و عملکرد سیستم‌های برقی را بهبود بخشید.

سوالات متداول

۱. خازن‌ها چه کاربردهایی دارند؟
خازن‌ها به‌طور عمده در ذخیره انرژی، فیلترینگ سیگنال‌ها، و تصحیح ضریب قدرت در مدارهای الکتریکی به‌کار می‌روند.

۲. چگونه خازن مناسب را انتخاب کنیم؟
برای انتخاب خازن مناسب باید به ویژگی‌هایی مانند ظرفیت، ولتاژ، نوع مدار و نیاز به فرکانس خاص توجه کنید.

۳. آیا خازن‌ها نیاز به نگهداری دارند؟
بله، خازن‌ها به‌ویژه انواع الکترولیتی نیاز به نگهداری دوره‌ای دارند و باید در صورت خرابی یا کاهش ظرفیت، تعویض شوند.

۴. آیا می‌توان از خازن‌ها برای فیلتر کردن سیگنال استفاده کرد؟
بله، خازن‌ها به‌طور گسترده برای فیلتر کردن سیگنال‌های الکتریکی و حذف نویز در سیستم‌های الکترونیکی و رادیویی استفاده می‌شوند.