Почему конденсаторы двигателей имеют огромные физические размеры, хотя их значения находятся в диапазоне мкФ?

Конденсаторы двигателя не являются простыми электролитами, потому что напряжение на них меняется на противоположное частоте сети.

Конденсаторы с большей емкостью - это пусковые конденсаторы - обычно биполярные электролитические и рассчитанные на пиковое напряжение сети - но не для непрерывной работы. Обычно они отключаются центробежным выключателем в двигателе, который срабатывает, когда двигатель набирает скорость. Учтите, что не только высокое напряжение и постоянное реверсирование, но и высокий пульсирующий ток (особенно когда двигатель все еще работает на низкой скорости), и вы увидите, что конденсатор должен выдерживать необычно большую мощность.

Конденсаторы меньшего номинала (10 мкФ) используются в качестве рабочих конденсаторов в двигателях меньшего размера (менее 1 л.с.). Эти фазы смещают ток к пусковой обмотке, но остаются подключенными во время работы, поэтому должны быть рассчитаны на непрерывную работу. Обычно это пленочные конденсаторы (или, если они достаточно старые, бумажные в масле), которые на микрофарад намного больше, чем электролитические.

По моему опыту, физический размер конденсатора пропорционален емкости, умноженной на его напряжение. Удвойте напряжение, удвойте размер.

На практике напряжение еще выше.

• Напряжение переменного тока среднеквадратичное (пики синусоиды несколько выше указанного напряжения).
• Когда двигатель отключен от нагрузки, в его обмотках будет наблюдаться индуктивный «бросок» потенциально еще более высокого напряжения. Это означает, что конденсатор двигателя должен выдерживать, например, намного больше, чем 220 В.
• Некоторые двигатели могут быть подключены перекрестно на 120 В или 240 В, поэтому конденсатор должен быть рассчитан на 240, даже если вы используете его на 120.

Причин несколько, не все они чисто технические.

1. Номинальное напряжение очень важно. Поскольку двигатель возвращает ток (регенерирует), они (i) получают запас по напряжению.
2. Ток, подаваемый из наливных крышек, имеет импульсы с высокой частотой. Если вы посмотрите на таблицу данных крышки, вы увидите, что она рассчитана на определенный ток пульсаций, чего недостаточно для серьезного двигателя.
3. На конденсаторе выделяется тепло из-за ESR, поэтому в конденсаторе большего размера ESR может быть ниже. Или в нескольких меньших заглавных буквах...
4. Не менее важно: вам всегда нужно брать запасные для больших двигателей и готовить место для еще больших конденсаторов на случай, если вы просчитались.

Размер конденсатора зависит от ряда факторов.

1. Уровень напряжения. Чем выше номинальное напряжение, тем толще должен быть диэлектрик, чтобы избежать пробоя. Хуже того, более толстый диэлектрик означает, что вам нужна большая площадь пластины для данной емкости. Таким образом, удвойте номинальное напряжение, и вы в четыре раза увеличите объем конденсатора.
2. Емкость, чтобы удвоить емкость, означает, что вам нужно удвоить площадь пластины, что означает (для данного номинального напряжения) удвоить объем.
3. Тип конденсатора. Существует компромисс между плотностью емкости и тем, насколько конденсатор близок к идеальному. Пленочные конденсаторы имеют характеристики, близкие к идеальным, но громоздкие. Электролиты дают вам гораздо лучшую плотность емкости, но они далеки от идеала, в своей базовой форме они работают только с одной полярностью, вы можете обойти это, подключив два последовательно, но все равно они будут иметь большие потери в системе переменного тока.

Почему электролитические колпачки могут иметь проблемы при 230 В переменного тока

В основном это сводится к тому, как работают электролитические конденсаторы. Электролитические конденсаторы используют электролит в качестве одной из пластин и оксидный слой в качестве диэлектрика. Хитрость заключается в том, что диэлектрический слой генерируется самим конденсатором электрохимически, поэтому повреждение слоя самовосстанавливается. Это позволяет использовать гораздо более тонкий изолирующий слой для заданного рабочего напряжения, чем обычная конструкция конденсатора. Кроме того, диэлектрик может равномерно покрывать шероховатую поверхность пластины, дополнительно увеличивая эффективную площадь.

Однако за это приходится платить: во-первых, электролит является относительно плохим проводником, что приводит к высокому эквивалентному последовательному сопротивлению (ESR). Это генерирует тепло в зависимости от того, какой ток протекает через конденсатор. В системе, в которой конденсатор полностью разряжается в каждом цикле, будет протекать гораздо больший ток, входящий и выходящий из конденсатора, чем в системе, в которой конденсатор используется для сглаживания шины постоянного тока.

Во-вторых, электролитические конденсаторы вообще перестают вести себя как конденсаторы, если напряжение становится значительно отрицательным. Это связано с тем, что электрохимический процесс, создающий диэлектрик, меняется на противоположный при приложении обратного напряжения. Вы можете обойти это, поставив два в обратном ряду, но тогда у вас будет еще хуже ESR.

почему больший размер помогает

В пленочных конденсаторах используются металлические пластины и пластиковые пленки. Это обеспечивает хорошую линейность, низкую СОЭ и работу в биополярном режиме, но не дает преимущества самовосстановления или микроскопической шероховатости.

Вы не можете просто думать о них как об «увеличенной версии одного и того же». Это совершенно другая конструкция с другими компромиссами.