Kondansator nedir?

Kondansator

Kondansator nedir?

Kondansatör nedir?

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. Aşağıda kutupsuz kondansatör ve kutuplu kondansatör sembolü gösterilmiştir.

Kutupsuz ve kutuplu kondansatör sembolü

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 Nasıl Ölçülür?

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… Örnek olarak 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 iki türlüdür;

• Ayarlı kondansatör
• Sabit kondansatör

Ayarlı kondansatörler

Ayarlı kondansatörler, değeri maksimum ve minimum aralıklar arasında değiştirilebilen kondansatörlerdir.

• Varyabl kondansatör
• Trimer kondensatör

Sabit kondansatörler (kapasitör)

• Elektrolitik kondansatör
• Kağıtlı kondansatör
• Plastik kondansatör
• Tantal kondansatör
• Mika kondansatör
• SMD kondansatör
• Polyester kondansatör
• Seramik kapasitör
• Metalize kondansatör
• Kompanzasyon kondansatör

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.

1. Aktif ve reaktif sayaç kullanmak,
2. Aktif ve reaktif tüketim faturası,
3. Ampermetre, voltmetre ve aktif sayaç,
4. 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.

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.

Kondansatör Sağlamlık Kontrolü 

Elektrolitik kondansatör ohmmetre ile hassas olmasa bile ölçülebilir. Ohm metrenin ölçü uçları kondansatörün uçlarına gelişigüzel bağlanır. Ohm metrenin ibresi önce hızlı bir şekilde yükselir, sonra yavaş yavaş düşer. Uçlar ters çevrildiği zaman aynı şekilde olmalıdır. Büyük değerli kondansatörler (470 mF’dan büyük olanlar) ohm metrenin X1 kademesinde, küçük değerli kondansatörler ise (470 mF’dan küçük olanlar) ohmmetrenin daha yüksek kademelerinde ölçülürse daha iyi sonuç alınır. Eger ölçü aleti hiç sapmazsa veya saptıktan sonra yerinde kalırsa kondansatör arızalıdır. Kondansatörde bir sızıntı varsa yani kısmen arızalı ise ibre sapar. Ama düşmeye başladığı zaman tam sıfıra kadar inmez belli bir yerde kalır. Bu durumda kondansatör pek güvenilir değildir.