커패시터가 극성화된 경우 양극 리드는 회로의 더 높은 전위 측에 연결되어야 합니다. 무극성인 경우 방향은 극성에 중요하지 않지만 전압 및 커패시턴스 값은 여전히 회로 작동 여부를 결정합니다. 단상 AC 모터의 경우 커패시터는 전원이 공급된 상태를 유지하는 실행 커패시터 또는 모터가 속도에 도달한 후 떨어지는 시작 커패시터로서 보조 권선 경로로 들어갑니다. 세 가지 실제적인 질문은 항상 동일합니다. 회로 유형은 무엇인지, 커패시터는 어떤 역할을 하는지, 부품에 인쇄된 전압 및 정전 용량 정격은 무엇입니까?
가장 흔한 초보자 실수는 AC 라인에 전해 커패시터를 사용하는 것입니다. 해당 부품은 역전압용으로 제작되지 않았으므로 금방 고장날 것입니다. 두 번째로 흔한 실수는 스위칭 컨버터의 리플 전류나 서지 전압을 무시하는 것입니다. 아래 단락에서는 실수와 예제 시나리오를 통해 커패시터를 직렬, 병렬, 혼합 그룹, DC 필터 및 AC 모터 회로에 연결하는 방법을 안내합니다. AC 커패시터
극성 커패시터는 일반적으로 알루미늄 전해 또는 탄탈륨 유형입니다. 음극 리드에는 슬리브 측면에 컬러 밴드, 마이너스 기호 또는 줄무늬가 표시되어 있습니다. 스루홀 전해 커패시터에서는 일반적으로 리드가 길수록 양극입니다. 표면 실장 전해액의 상단 표시는 양극 단자를 가리키는 검정색 또는 흰색 반원이며, 케이스의 나머지 절반에는 홈이 있을 수 있습니다. 방사형 리드 구성 요소의 경우 플라스틱 하우징에는 리드 하나 옆에 마이너스 기호가 있는 경우가 많습니다.
정격이 100V 이상인 알루미늄 전해 커패시터의 경우 캔 상단에 압력 배출구가 있는 골이 있는 경우가 있습니다. 그 통풍구는 극성 표시가 아닙니다. 내부 압력 손상으로부터 보호하기 위해 존재합니다. 통풍구를 방향 가이드로 사용하지 마십시오.
무극성 커패시터에는 CBB60, CBB61, CBB65, CBB80 및 세라믹 커패시터가 포함됩니다. 긍정적이거나 부정적인 표시가 없습니다. 극성 줄무늬가 없는 두 개의 동일한 리드가 보이면 커패시터를 어느 방향으로든 연결할 수 있습니다. 그러나 물리적인 의미에서는 방향이 여전히 중요합니다. 단자의 모양이 다를 수 있으며 일부 모터 커패시터는 특정 소켓에 맞는 삽입 블레이드를 사용합니다. 항상 커넥터 크기와 블레이드 너비를 일치시키십시오.
커패시터를 직렬로 연결하면 총 정전용량은 항상 스트링의 가장 작은 커패시터보다 작음 . 두 커패시터의 공식은 다음과 같습니다.
C 총계 = (C1 × C2) / (C1 C2)
3개 이상의 커패시터의 경우 지배 공식은 다음과 같습니다.
1 / C 총계 = 1 / C1 1 / C2 1 / C3
그 이유는 전하 물리학에서 비롯됩니다. 직렬 스트링에서 모든 커패시터는 동일한 양의 전하 Q를 저장합니다. 커패시터 양단의 전압은 V = Q / C입니다. 10uF와 10uF 커패시터를 직렬로 연결하면 총 커패시턴스는 20uF가 아닌 5uF입니다. 쌍의 전압 정격은 균등화 저항을 사용하여 전압 균형을 맞추는 경우 커패시터 하나의 정격 전압의 최대 2배입니다.
각각 50V 정격의 100uF 커패시터 2개가 있다고 가정합니다. 이를 직렬로 연결하면 총 정전용량은 50uF이고 전체 전압 정격은 약 100V입니다. 그러나 전해 커패시터의 누설 전류는 서로 다릅니다. 누설 전류가 더 작은 커패시터는 더 많은 전압을 수용하여 고장날 수 있습니다. 실제로는 220kΩ 1W 저항을 각 커패시터와 병렬로 배치해야 합니다. 이는 특히 커패시터 허용 오차가 약 ±20%인 경우 전압 분할이 거의 동일하게 유지되도록 합니다.
따라서 안전한 직렬 연결은 다음과 같습니다. 저항기 R1이 병렬인 커패시터 C1, 저항기 R2가 병렬인 커패시터 C2, 그런 다음 두 그룹을 직렬로 연결합니다. 저항기는 비슷한 값이어야 하며 최대 전력 손실은 작동 전압에 충분해야 합니다.
| 매개변수 | 단일 커패시터 | 시리즈 2개 |
|---|---|---|
| 용량 | 100 미크로포맷 | 50 미크로포맷 |
| 정격전압 | 50V | ≒ 100V |
| 최대 전압에서 저장된 에너지 | 0.125J | 0.25J |
병렬 연결은 직렬 연결의 반대입니다. 총 커패시턴스는 모든 커패시터의 합입니다. 공식은 간단합니다.
C 총계 = C1 C2 C3
모든 커패시터에는 동일한 전압이 표시됩니다. 이는 개별 정격 전압이 회로의 최대 전압보다 높은 커패시터를 선택해야 함을 의미합니다. 2개의 10uF 16V 커패시터를 병렬로 사용하면 16V에서 20uF가 제공됩니다. 이는 더 나은 저주파 리플 감쇠가 필요한 저전압 DC 전원 공급 장치에서 일반적입니다.
디지털 회로에서 100nF 세라믹 커패시터는 고주파 잡음을 필터링하는 반면, 10uF 전해 또는 탄탈륨 커패시터는 저주파 부하 과도 현상을 흡수합니다. 둘 다 VCC와 접지 사이에 병렬로 연결됩니다. 레이아웃은 커패시턴스 값보다 더 중요합니다. 접지 리턴을 짧게 유지하고 작은 커패시터를 IC 전원 핀에 가장 가깝게 배치하십시오.
등가 직렬 저항이 매우 다른 두 개의 커패시터를 병렬로 연결하면 필터링하려는 주파수의 임피던스에 따라 전류가 분할됩니다. 낮은 ESR 세라믹은 전해질보다 더 많은 고주파 전류를 전달할 수 있습니다. 이는 정상이며 결함이 아닙니다. 그러나 자격을 갖춘 설계 확인 없이 극성 전해액과 극성 탄탈륨을 혼합하지 마십시오. 역 과도 현상이 위험한 고장을 유발할 수 있기 때문입니다.
먼저 병렬 블록을 해결한 다음 직렬 또는 병렬 계산에서 해당 블록을 단일 커패시터로 처리합니다. 표준 정격 부품으로 사용할 수 없는 정전 용량 값이 필요할 때 혼합 네트워크가 나타납니다.
600V DC 정격의 4.7uF 커패시터가 필요하지만 300V DC 정격의 4.7uF 커패시터 4개만 있다고 가정해 보세요. 600V에서 2.35uF를 얻기 위해 두 개의 커패시터를 직렬로 연결합니다. 그런 다음 해당 직렬 그룹 중 두 개를 병렬로 연결합니다. 결과는 600V에서 4.7uF입니다. 이 기술은 중전력 LED 드라이버 및 산업용 전원 공급 장치에 사용됩니다.
| 하위 그룹 | 용량 | 정격 전압 |
|---|---|---|
| 한 시리즈 쌍 | 2.35 미크로포맷 | 600V |
| 병렬로 두 쌍 | 4.7uF | 600V |
DC 소스의 경우 전해 커패시터의 양극 단자를 VCC 레일에 연결합니다. 음극 단자를 접지 또는 로우 사이드 레일에 연결하십시오. 회로가 전파 정류 공급 장치인 경우 출력 전체에 470uF~4700uF 전해액을 사용하고 고주파 스위칭 잡음을 위해 100nF 세라믹을 병렬로 배치합니다.
시상수 τ(tau)는 R × C입니다. 1회 시상수 이후 커패시터 양단의 전압은 공급 전압의 63.2%입니다. 5개의 시간 상수 이후에는 99.3%입니다. 이 원리는 지연 회로, 디바운스 회로, 심지어 간단한 타이머를 만드는 데 사용됩니다.
커패시터를 DC 소스에 직접 연결하는 경우 충전 전류는 소스 임피던스와 커패시터의 ESR에 의해서만 제한됩니다. 이는 몇 마이크로초 동안 엄청날 수 있습니다. 많은 전원 공급 장치에서는 전류를 제한하기 위해 작은 저항기나 돌입 서미스터가 직렬로 삽입됩니다.
| 시정수 | 커패시터 양단의 전압 |
|---|---|
| 1τ | 63.2% |
| 2τ | 86.5% |
| 3 τ | 95.0% |
| 5τ | 99.3% |
대부분의 가정용 및 산업용 AC 모터는 커패시터를 사용하여 보조 권선에서 위상 변이를 생성합니다. 이러한 위상 변화는 회전 자기장을 생성하므로 모터는 정의된 방향으로 시작하고 작동할 수 있습니다. 연결은 시작 커패시터인지 실행 커패시터인지에 따라 항상 AC 라인 또는 권선의 한 섹션을 가로지릅니다.
PSC 모터에서는 실행 커패시터가 보조 권선과 직렬로 연결됩니다. 그런 다음 이 분기는 주 권선과 병렬로 연결됩니다. 모터는 전원에 연결됩니다. 모터가 작동할 때마다 커패시터는 회로에 남아 있습니다. 여기서는 CBB60 및 CBB61 커패시터가 일반적입니다. 220V 세탁기 모터는 4uF ~ 6uF 실행 커패시터를 사용할 수 있습니다. 워터 펌프 모터는 10uF ~ 15uF 장치를 사용할 수 있습니다.
시작 커패시터는 일반적으로 20uF에서 최대 300uF까지 커패시턴스가 더 큽니다. 이는 시작 기간 동안 실행 커패시터 분기와 병렬로 연결됩니다. 모터가 최대 속도의 약 75%에 도달하면 원심 스위치 또는 전위 릴레이가 열리고 시동 커패시터가 떨어집니다. 스위치가 고착되면 커패시터가 과열될 수 있습니다.
에어컨 압축기 모터에서는 CBB65 커패시터가 매우 일반적입니다. 450V AC 정격 30uF CBB65는 종종 220V 압축기에 사용됩니다. 케이스는 알루미늄이며, 전원이 차단된 후 잔류 전하를 방전시키는 데 도움이 되는 저항기가 포함될 수 있습니다.
| 신청 | 일반적인 정전용량 | 일반적인 전압 | 커패시터 유형 |
|---|---|---|---|
| 세탁기 모터 | 4uF ~ 6uF | 450V AC | CBB60 |
| 워터 펌프 모터 | 10uF ~ 15uF | 450V AC | CBB60 |
| AC 압축기 | 25uF ~ 60uF | 450V AC | CBB65 |
| 천장 또는 배기 팬 | 1uF ~ 3.5uF | 450V AC | CBB61 |
전기 기호는 작업의 절반에 불과합니다. 기계적 연결 품질은 커패시터의 지속 여부를 결정합니다. 납형 커패시터의 경우 각 전선에서 절연체를 약 5mm 벗겨내고 도체를 전선과 중첩시킨 다음 25W~40W 납땜 인두로 2~3초 동안 열을 가하고 접합부가 움직이지 않도록 냉각시킵니다. 콜드 조인트는 추적하기 매우 어려운 아크 및 간헐적인 고장을 일으킬 수 있습니다.
4.8mm 또는 6.3mm 단자가 있는 커패시터는 종종 브래킷에 고정되어 짝을 이루는 암 커넥터에 연결됩니다. 모터 내부가 뜨거울 수 있으므로 커넥터 정격은 105°C 이상이어야 합니다. 모터 시작 및 정지 주기 중에 플러그가 느슨해지지 않도록 진동용 케이블 슬리브와 고정 클립을 사용하십시오.
워터 펌프나 냉장고 압축기의 경우 커패시터가 자유롭게 매달려 있어서는 안 됩니다. 스트랩이나 브래킷을 사용하여 견고한 프레임에 고정합니다. 리드 또는 블레이드 와이어를 줄이고 케이블 진입점에 스트레인 릴리프를 추가합니다. 커패시터가 터미널을 기준으로 움직이면 결국 연결이 피로해지고 파손됩니다.
작동 전압을 선택하기 위한 경험적 법칙은 최소한 최대 시스템 전압의 1.25~1.5배 . 220V AC 모터의 경우 450V 커패시터가 기본 선택인 이유입니다. 마진은 돌입 서지, 변압기 부하 변동 및 라인 스파이크를 흡수합니다.
문자 코드로 표시되어 있습니다: J는 ±5%, K는 ±10%, M은 ±20%입니다. 모터 구동 회로에서는 ±5% 커패시터가 실제 안전 한계입니다. 많은 팬과 소형 모터에서는 ±10%가 여전히 작동할 수 있습니다. 허용 오차 없이 10uF만 표시된 값싼 커패시터를 구입하면 실제로는 8uF 또는 12uF일 수 있습니다. 이러한 차이로 인해 모터가 과열되거나 시동되지 않을 수 있습니다.
온도 등급에도 동일하게 적용됩니다. 표준 85°C 커패시터는 밀폐된 모터실 내부에 충분하지 않을 수 있습니다. 모터 하우징이 뜨거워지면 105°C 변형이 필요한 경우가 많습니다. 실외 펌프 설치 시 긴 서비스 수명을 위해서는 높은 주변 온도에 적합하고 더 긴 설계 수명이 예상되는 커패시터를 선택하십시오.
| 코드 | 공차 | 모터 배선의 일반적인 위험 |
|---|---|---|
| J | ±5% | 위험도 낮음, 권장 |
| K | ±10% | 중간 위험, 모터가 약간 느리게 작동하거나 더 많은 전류를 소비할 수 있음 |
| M | ±20% | 위험이 높으며 정밀 응용 분야에 적합하지 않음 |
항상 모터의 부하 전류로 시작할 수 있습니다. 220V 공급 장치에서 2A를 끌어오는 단상 모터의 경우 실행 커패시터 값은 극 수와 권선 설계에 따라 3uF~8uF 사이에 떨어지는 경우가 많습니다. 이는 모든 모터에 대한 정확한 공식은 아닙니다. 정확한 값은 모터 설계자가 지정합니다. 그러나 커패시터를 교체하는 경우 가장 안전한 조언은 이전 부품을 읽고 동일한 정전 용량 및 정격 전압을 선택하는 것입니다.
DC 지연 회로의 경우 계산은 직접적입니다. 10kΩ 저항으로 5초 지연을 원한다고 가정해 보겠습니다. 공식은 C = τ / R = 5 / 10000 = 0.0005F, 즉 500uF를 산출합니다. 실제로는 470uF 또는 1000uF 전해액을 사용하고 실제 타이밍을 확인합니다. 타이머 임계값 전압은 사용하는 IC 또는 트랜지스터에 따라 다릅니다. NE555 타이머의 경우 임계값은 VCC의 약 2/3이므로 공식이 약간 변경됩니다.
커패시터를 만지거나 변경하기 전에 터미널의 전압을 멀티미터로 측정해야 합니다. 간단한 10kΩ 저항기를 5개의 시간 상수에 대해 단자 전체에 배치할 수 있습니다. 100uF 커패시터의 경우 10kΩ을 통한 방전 시간은 약 5초입니다. 그러나 정격이 400V 이상인 대형 산업용 커패시터를 다루는 경우 적절한 저항기 전력 정격을 갖춘 전용 방전 도구를 사용하십시오.
아래 목록은 서비스 센터 경험을 바탕으로 작성되었습니다. 이들 중 하나라도 며칠 내에 커패시터가 고장날 수 있습니다.
커패시터에 오류가 발생하면 일반적으로 눈에 보이는 징후는 부풀어 오른 상단, 누출된 전해질, 파손된 플라스틱 전면 또는 녹은 슬리브 등입니다. 모터 회로에서 일반적인 고장 모드는 모터가 웅웅거리지만 회전하지 않고 차단기를 트립하는 것입니다.
커패시터를 DC 소스에 연결하면 전압이 즉시 점프할 수 없습니다. 스위치가 닫히는 순간 커패시터는 단락 회로처럼 작동합니다. 전류는 V_supply를 저항 또는 소스 임피던스로 나눈 값입니다. 그런 다음 방정식 V(t) = V_supply × (1 − e^(−t/RC))에 따라 전압이 형성됩니다. 100uF 커패시터가 1kΩ 저항을 통해 12V 공급 장치에 연결된 경우 시간 상수는 0.1초입니다. 0.1초 만에 커패시터는 약 7.58V에 도달한다. 0.5초 만에 거의 11.92V에 도달한다.
이상적인 전압원은 임피던스가 0입니다. 이상적인 커패시터는 저항이 0입니다. 직접 연결하면 수학적 전류는 무한합니다. 실제 세계에서는 버스 와이어 저항, 커패시터 ESR 및 소스 임피던스가 전류를 제한합니다. 그러나 실험실에서는 거대한 전해 콘덴서가 리드를 용접하거나 테스트 공급 장치를 손상시킬 수 있습니다. 대형 뱅크를 실험할 때는 항상 작은 전류 제한기나 저항기를 직렬로 배치하십시오.
빼기 기호, 색상 띠, 화살표 또는 긴 리드를 찾으십시오. 이들 중 어느 것도 존재하지 않는 경우 부품 번호에 달리 명시되지 않는 한 커패시터를 무극성으로 취급하십시오. 전해 콘덴서는 거의 항상 유극성을 갖고 있는 반면, 세라믹과 필름 콘덴서는 무극성입니다.
유극성 전해 콘덴서에서는 역전압으로 인해 산화막이 파괴되어 가스와 열이 발생합니다. 커패시터는 부풀어오르거나, 연기를 배출하거나, 심지어 파열될 수도 있습니다. 전압이 충분히 높으면 밀리초 내에 오류가 발생하는 경우가 많습니다. 220V 전해액을 AC 라인에 연결하는 것은 파형이 반주기마다 방향을 뒤집기 때문에 역극성 테스트를 수행하는 것과 거의 동일합니다.
예, 하지만 저항 제한이 있습니다. 직접 연결은 충전 전류가 기생 저항에 의해서만 결정된다는 것을 의미합니다. 이는 작은 소스를 사용한 저전류 테스트에는 허용될 수 있지만 유지 관리나 산업 서비스에는 권장되지 않습니다. 충전 속도를 완화하려면 저항기, 돌입 제한기 또는 인덕터를 사용하십시오.
아니요. 직렬 저항은 직접 추가되지만 직렬 커패시터는 상호 규칙을 따릅니다. 총 정전 용량은 항상 가장 낮은 개별 값보다 낮습니다. 더 큰 R을 만들기 위해 저항이 추가됩니다. 더 작은 C를 만들기 위해 커패시터를 추가합니다.
가장 간단한 방법은 원래 커패시터의 값을 복사하는 것입니다. 220V 단상 모터의 경우 실행 커패시터는 대개 1.5uF~15uF인 반면, 시작 커패시터는 일반적으로 20uF~100uF입니다. 정확한 값은 모터 권선 설계 및 부하 토크 특성에서 나옵니다. 시작하는 데 문제가 있으면 시작 용량을 늘리십시오. 모터가 작동하는 동안 과열되면 작동 용량을 줄이거나 전압을 확인하십시오.
가능하지만 모터는 다르게 작동합니다. 실행 정전 용량이 높을수록 보조 권선 전류가 높아져 시동 토크가 더 많이 발생하지만 열도 더 많이 발생할 수 있습니다. 정전 용량이 낮을수록 토크가 감소합니다. 팬의 경우 0.5uF 차이는 일반적으로 중요하지 않습니다. 밀봉된 압축기에서는 열 보호에 영향을 줄 수 있습니다.
이는 터미널 전체에 적용되어야 하는 최대 연속 전압입니다. 해당 등급을 초과하면 극단적인 경우 유전체 및 내부 아크의 노화가 더 빨라집니다. AC 커패시터의 경우 정격은 종종 450V AC로 표시됩니다. 450V DC 전해액을 같은 장소에 사용할 수 없습니다.
예. 다시 같은 회로에 연결하더라도 잔류 전하로 인해 스파크가 발생할 수 있습니다. 몇 초 동안 터미널 전체에 1kΩ~10kΩ 저항을 연결합니다. 고전압 커패시터의 경우 밀봉된 방전 도구를 사용하고 멀티미터로 확인하십시오.
가장 일반적인 원인은 높은 리플 전류, 과전압, 극성 반전 또는 시동 스위치 고장입니다. 모터에서는 모터가 작동 중일 때 커패시터 양단의 전압도 확인합니다. 정격값을 초과하면 콘덴서의 수명이 단축됩니다.
단일 커패시터가 제공할 수 있는 것보다 더 높은 작동 전압이 필요하거나 훨씬 더 작은 정전 용량 값이 필요한 경우 시리즈를 사용하십시오. 고전압 DC 링크에서는 직렬 뱅크가 표준이지만 항상 밸런싱 저항을 추가하여 누설 전류가 한 커패시터를 다른 커패시터보다 더 많이 극성화하지 않도록 합니다.
정류기 출력에 커패시터를 연결합니다. 양극 리드는 출력의 양극 측(단자)으로 연결되고 음극 리드는 접지인 음극 측으로 연결되어야 합니다. 고주파 노이즈를 줄이려면 작은 필름 커패시터를 병렬로 추가하고 전자기 호환성을 위해 루프 영역을 작게 유지하십시오.
리드가 길면 인덕턴스가 증가하고 스위칭 중에 전압 스파이크가 높아질 수 있습니다. 모터 애플리케이션에서는 커패시터를 모터 터미널 박스에 최대한 가깝게 유지하십시오. 팬이나 펌프의 경우 일반적으로 1미터 미만의 거리가 사용됩니다. 그 외에도 와이어 게이지와 리드 저항이 중요합니다.
전해 콘덴서는 전압 없이 수년 동안 보관하면 정전 용량이 손실될 수 있습니다. 정격전압을 점진적으로 인가하는 것(개질)을 통해 산화물층을 복원할 수 있습니다. CBB60/CBB61/CBB65와 같은 필름 커패시터는 보관 수명이 훨씬 길고 일반적으로 리폼할 필요가 없습니다.
예. 대부분의 전원 공급 장치 설계에서 음극 단자는 공통 접지입니다. 양극 단자를 접지에 연결하고 음극 단자를 하이사이드에 연결하면 커패시터가 역방향 바이어스되어 고장날 수 있습니다. 배선하기 전에 회로도를 확인하십시오.
극성 커패시터를 올바르게 연결하고 전압 제한을 준수하십시오. AC 또는 모터 회로의 경우 무극성 모터 커패시터를 사용하고 기존 부품에 인쇄된 배선 다이어그램을 따르십시오. 고전압 DC 또는 전원 공급 장치 회로의 경우 밸런싱 저항기와 방전 경로를 추가하세요. 모터 수리를 위해서는 정전용량, 전압, 온도, 공차를 복사하세요. 잔류 전압이 떨어질 때까지 기다렸다가 기계적 장착을 확인하십시오. 좋은 연결은 단지 회로도 기호에 관한 것이 아닙니다. 와이어, 브래킷, 터미널 및 환경에 관한 것입니다.