Заряд реального конденсатора

При зарядке реального конденсатора ток спадает со временем значительнее медленнее, чем следует из уравнения [42], соответствующего идеальному конденсатору. Это объясняется тем, что в реальном конденсаторе наряду с нормальным зарядным током существует аномальный зарядный ток – ток абсорбции , обусловленный относительно медленным перемещением зарядов в толще диэлектрика.

Зависимость тока абсорбции от времени обычно можно выразить эмпирическим уравнением:

[57]

Ток абсорбций равен сумме отдельных экспоненциально убывающих токов, каждый из которых обусловлен своим видом поляризации и временем .

Для полного зарядного тока реального конденсатора можно написать уравнение:

[58]

Зависимость тока от времени при зарядке реального конденсатора и схема, эквивалентная конденсатору с абсорбцией даны на рис.13:

Рис.13. Зависимость тока от времени при зарядке реального конденсатора и схема, эквивалентная конденсатору с абсорбцией.

С – емкость, обусловленная быстрой поляризацией, устанавливающейся мгновенно за с и определяющей составляющую тока . Время спадания тока определяется значениями С и r (зарядной цепи);

– абсорбционная емкость, обусловленная замедленной поляризацией (релаксационной), определяющей составляющую тока . Время спадания определяется значениями и некоторым , формально, характеризующего медленность спадания тока ;

– сопротивление изоляции, соответствующее .

Эта схема является упрощенной. Вместо одной абсорбционной ячейки в ней надо использовать несколько.

Измерение сопротивления изоляции обычно производят через 1 мин. после включения постоянного напряжения.

Разделив напряжение на измеренное через 1 мин. значение тока, получим некоторое условное значение сопротивления изоляции, которое меньше , так как мы измеряем не ток утечки, а некоторое значение .

Взяв для подсчета несколько значений тока по кривой можно построить кривую зависимости (рис.14).

Если напряжение невелико (примерно 100 В), то наблюдается резкое увеличение (кривая 1) в соответствии с падающим характером зависимости . Если напряжение достаточно велико (), то возрастание со временем замедляется и может даже смениться постепенным снижением (кривая 2).

Это можно объяснить тем, что часть слабосвязанных ионов при повышении напряжения освобождается и увеличивается число свободных ионов, участвующих в сквозной проводимости.

Известное значение может иметь нагрев слабых мест в диэлектрике током утечки или начало ионизации остаточного воздуха, образующего газовые включения в диэлектрике. Кроме того, при напряжении равном может наблюдаться электронная проводимость в диэлектрике.

При повышении температуры условия диссоциации облегчаются, количество свободных ионов в диэлектрике увеличивается, и проводимость диэлектрика резко увеличивается. и резко снижаются при нагревании (рис.15). Зависимость от температуры выражается эмпирической формулой:

[59]

где – значение при t = ;

– значение при ;

– температурный коэффициент

сопротивления изоляции.

Для конденсаторов с органическим диэлектриком имеет величину примерно 0.3 ÷ 0.4; для конденсаторов с неорганическим диэлектриком 0.01 ÷ 0.015. Эти значения соответствуют измерению при времени выдержки 1 мин.

Величина может изменяться, если диэлектрик изменяет свое агрегатное состояние. В области низких температур наклон кривой может резко уменьшиться, так как будет определяться поверхностной утечкой, а не объемным сопротивлением диэлектрика.

Если емкость конденсатора изменяется с температурой не очень сильно, то формула [59] может быть использована и для выражения зависимости постоянной времени от температуры.

Резкая зависимость и от температуры затрудняет создание конденсаторов, предназначенных для работы при высоких рабочих температурах в цепях постоянного тока: это обусловлено не только резким возрастанием тока утечки до недопустимо больших пределов, но так же возникновением опасности теплового пробоя и ускорением старения диэлектрика за счет усиления интенсивности электрохимических процессов.