bilimhaber.com

Kondansatör, elektronların kutuplanarak elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak, bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle oluşturulan temel elektrik ve elektronik devre elemanıdır.

Piyasada kapasite, kapasitör, sığaç gibi isimlerle anılan kondansatörler, 18. yüzyılda icat edilip geliştirilmeye başlanmış ve günümüzde teknolojinin ilerlemesinde büyük önemi olan elektrik - elektronik dallarının en vazgeçilmez unsurlarından biri olmuştur. Elektrik yükü depolama, reaktif güç kontrolü, bilgi kaybı engelleme, AC/DC arasında dönüşüm yapmada kullanılırlar ve 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 boldur, hemen hemen her boyut ve şekilde kondansatör temin edilebilir.

Tarihi 

Elektrik konusunun gelişmesi 18. yüzyılda statik (durgun) elektriğin incelenmesiyle başlamıştır.^[1] Statik elektriğin bir ip boyunca iletilebilmesi, elektrik yükünün temasla paylaşılabilmesi ve depolanabilmesi özellikleri araştırmacı bilim adamları tarafından keşfedilmeye başlanmıştı. 1745 yılında Ewald von Kleist elektriği küçük metal bir şişede depolamayı başarmıştı. Ancak kondansatörün asıl gelişmesi, Leiden'de elektrik üzerinde deneyler yapan Pieter van Musschenbroek'in çalışmaları sonucu gerçekleşmişti. Musschenbroek bir rastlantı sonucu Kleist'in çalışmalarını doğrular nitelikte sonuçlara erişti. Musschenbroek içi ve dışı metalle kaplı cam bir şişe tasarladı. Şişenin bir kısmı suyla doldurulmuş ve ağzı hava - sıvı geçirmeyecek şekilde bir mantarla tıkanmıştı. Mantarın ortasından bir iletken bir ucu şişe dışında bir ucu suyun içinde olacak şekilde yerleştirilmişti. İletkene statik elektrik üretici temas ettiğinde Leiden şişesi yük depolamakta, elektriği ileten başka bir malzeme temas ettiğinde boşalmaktaydı.^[2] Bu şişeler aynı zamanda ilk kondansatörlerdi.^[1] Öyleki, şu anda Farad olan kapasite birimi ilk zamanlarda jar (şişe) olarak kabul edilmişti ve bu birim bugün 1 nF kapasiteye tekabül eder.^[3]

Denemeler sonucunda metal kaplamalar arasındaki cam inceldikçe yayılan kıvılcımın büyüdüğü gözlendi. Leiden şişelerinde depolanan yük büyük değerler alabiliyordu ve birbirine tellerle bağlanmış Leiden şişelerinden boşalan elektriğin hayvanları öldürebileceği gözlenmişti.^[1] Bu ilginç alet Ewald von Kleist'in keşfi, Pieter van Musschenbroek'in geliştirmesiyle ortaya çıkmıştır. Amerikalı devlet ve bilimadamı Benjamin Franklin, cam yalıtkanın Leyden şişesinden farklı olarak oval değil düzlemsel olmasının aynı işlevi gördüğünü bulmuş, Franklin'in düzlemsel cam yalıtkanlı kondansatörüne Franklin Düzlemleri adı verilmiştir.^[2] Ardından Alessandro Volta ve Nikola Tesla gibi birçok bilim adamı tarafından incelenen kondansatör geliştirilerek günümüzdeki şeklini almıştır. Kondansatörler ismini, İtalyanca condensatore kelimesinden alır. Kapasite birimi ise jar'dan sonra, İngiliz bilim adamı Michael Faraday'ın isminden hareketle Farad seçilmiştir.

Kapasite değerinin okunması

Kondansatörlerde temel olarak iki değişken, tüketici için seçme olanağı sunar ve kondansatörler arasındaki farkları oluşturur. Bunlar, kondansatörün çalışma - dayanma gerilim değeri ve depolayabileceği yük miktarıdır ve bunlar her kondansatörün üzerinde belirtilmiş olmak zorundadır. Kimi kondansatörlerin üzerinde çalışma değerleri doğrudan yazılı iken kiminde rakamlar ve renkler kullanılır. Direk değerleri yazılı olanlar kolay okunmasına karşın, rakam ve renk kodlu olanların okunması belli standartlara bağlıdır.

Rakam Kodları

Rakam kodlarının standartları bir liste şeklinde verilebilir.

• Kondansatörün üzerinde kapasite değeri 3 rakam ve toleransı ise bir harf ile belirtilir.

• Rakam kodlu kondansatörlerde son rakam kadar sıfır, ondan önce gelen rakamların yanına eklenir ve değer pikoFarad (pF) olarak bulunur. Yandaki resimde 103 yazan kondansatörün kapasitesi hesaplanırken, son rakam 3 kadar sıfır, kalan diğer sayı olan 10'un yanına eklenir ve kapasite
  10000 pF = 10 nF olarak bulunur.

• Eğer rakam kodları arasında nokta (.) kullanılıyorsa, yazılan sayı kapasiteyi doğrudan
  mikroFarad (µF) olarak verir. Resimde ortadaki kondansatörde görülen 0.1 yazısı kapasitenin 0.1 µF olduğunu gösterir.

• Rakam kodlarının arasında p, n, µ, m harflerinden biri kullanılıyorsa, harfin olduğu yerde ondalık kısım devreye girer ve değer de harfin cinsinden okunur. Örneğin resimde alttaki kondansatörde yazan 5n6 ifadesi, kapasitenin 5.6 nF olduğunu belirtir.

• Üçüncü rakam bazı istisnai durumlarda farklı anlamlar taşır. Üçüncü rakam, 1 - 5 arasında koyulması gereken sıfır sayısını belirtirken, hiç bir zaman 6 & 7 değerlerini alamaz. 8 & 9 sayıları ise sırayla
  0.01 & 0.1 çarpanlarını belirtir.

• Kapasite, bazı durumlarda tam yazılan değerde olmaz, bu sebeple belli oranlarda oynamalar olacağı göz önünde bulundurulur ve rakam kodlarının sonuna büyük harfler koyulur. Bu harfler de bize toleransın oranını belirtir. Aşağıdaki tabloda bu harflerin hangi tolerans değerini belirttiği sıralanmıştır.

Renk Kodları

Rakam kodlarından başka, bazı kondansatör çeşitlerinde de renk kodları kullanılır. Özellikle seramik, tantalum ve polyester kondansatörlerde renk kodları yaygındır. Aşağıdaki liste renk kodlarının anlamlarını sıralarken, yandaki resimlerde de çeşitli örnekler görülebilir.

• Seramik kondansatörlerde kodlar, renk çubuklarından hangisi kenara en yakında ondan başlanarak okunur. Tantalum ve polyester kondansatörlerde mevcut renk sırası ise resimde görülüyor.

• 1 ve 2 numaralı renkler anlamlı sayı dizisidir ve aynen yazılır. Ç (çarpan) harfinin belirttiği renkler anlamlı rakamların yanına eklenecek sıfır sayısını belirtir. T (tolerans) kapasite değerindeki oynamayı, V (gerilim) ise kondansatörün çalışma gerilimini gösterir.

Harf kodları

Harf kodları kondansatörler üzerinde toleransı veya sıcaklık katsayısını belirtmek için kullanılırlar. Tolerans değeri için rakam kodunun yanına bir büyük harf yerleştirilir. Bu harflerin anlamı rakam kodları bölümünde yazmaktadır. Sıcaklık katsayısını belirtmek için ise harflerden oluşan bir dizi kullanılır.

Yalıtkan malzemelerin çoğunda sıcaklıkla kapasite değişmemesine rağmen bazı malzemelerde değişim olur. Sıcaklık katsayısı, bir malzemenin sıcaklıkla kapasite değişimini belirten katsayıdır. İngilizcesi temperature coefficient (tempco) olan bu katsayının birimi 'dir. Uygulamada ise ifadesiyle karşılaşılır. ppm sözcüğü milyonda bir katsayısının ingilizce baş harflerinden oluşturulmuştur.

Çoğu yalıtkan malzemenin sıcaklıkla kapasite değişimi eğrisi düz kabul edilebilecek şekildedir. Ancak seramik yalıtkanının kapasitesi sıcaklık değişimine çok duyarlıdır ve büyük değişimler gösterir, öyle ki seramik kondansatörlerin üstünde belirtilen değerler sadece oda sıcaklığında (25 °C ~ 77 °F) geçerlidir. Sıcaklık katsayısı kondansatörlerin üzerinde bir harf dizisi kodla belirtilir ve aşağıdaki liste bu harflerin anlamını belirtir. Yandaki resimde ise bazı sıcaklık katsayısı kodlarının anlamları ve okunuş şekilleri verilmiştir.

• P (positive change - pozitif değişim): Kapasite değerindeki değişimin sıcaklıkla arttığını anlatan harftir. Örneğin P100 ifadesi, sıcaklıkta milyonda bir derecelik bir artışın, kapasiteyi 100 parça artırdığını belirtir.

• N (negative change - negatif değişim): Kapasite değerinin sıcaklık arttıkça azaldığını yani sıcaklıkla kapasitenin ters orantılı olarak değiştiğini belirtir. Örneğin üzerinde N1500 yazan bir seramik kondansatörün milyonda bir derecelik sıcaklık artışında, kapasitesi 1500 parça azalır.

• NP0 (neg/pos/zero) - C0G (change zero): Sıcaklık nasıl değişirse değişsin kapasite değerinin hemen hemen sabit kaldığını belirtir.

• GMV (guaranteed minimum value): Seramik kondansatörün üzerinde belirtilen kapasite değerinin, oda sıcaklığında garantilenmiş en küçük kapasite değeri olduğunu belirtir. Yani, kondansatörün kapasitesi çok daha büyük olabilir. Kapasite değerinin öneminin olmadığı uygulamalarda bu kondansatörler kullanılabilir.

Çeşitleri

Yalıtkan cinsine göre

Kondansatörleri sınıflandırmanın en çok kullanılan yöntemi yalıtkan maddesine göre sınıflandırmadır. Malzemelerin bağıl yalıtkanlık katsayısı ve delinme gerilimleri yalıtkanlar arasındaki farklılıkları oluşturur ve bunlar kondansatörlerin özelliklerini belirleyip uygulama alanlarındaki çeşitliliği genişletir. Yandaki resimde farklı kondansatörlerin sahip oldukları farklı kapasite ve çalışma gerilim değerleri aralıkları görülmektedir. Aşağıdaki listede ise yalıtkanları farklı olan kondansatörlerin birbirlerine göre farkları sıralanır.

• Vakumlu kondansatör: İki metal plakanın arasında havasız ortam bırakılır ve genelde cam veya seramik kaplanarak oluşturulur. Özellikleri olarak düşük yük kapasitesi ( 10 ~ 1000 pikoFarad ) ve yüksek gerilime ( 10000 V'a kadar ) dayanması gösterilebilir. Genelde radyo vericilerinde ve yüksek gerilim gerektiren uygulamalarda kullanılırlar.

• Havalı kondansatör: Metal plakaları arasında hava boşluğu bırakılmasıyla oluşturulan bu kondansatörlerde, plakalar genelde alüminyum ve gümüş kaplamalı olarak tasarlanır. Hava yalıtkanının dielektrik kaybı düşüktür. Hemen hemen tüm hava aralıklı kondansatörler ayarlanabilir olarak imal edilirler ve radyo frekansı ayarlamada kullanılırlar. Ayrıca yüksek kapasite değerleri sunarlar.

• Plastik Film Kondansatör: Yüksek kaliteli polimer (polikarbonat, polyester, polipropilin ve yüksek kalite için polisülfon) tabakalarından üretilen plastik film kondansatörler sinyal ve filtre devrelerinde kullanım alanı bulurlar.Genelde kutupsuz olurlar.

• Mikalı Kondansatör: Tasarım olarak metal filmli kondansatöre benzeyen mikalı kondansatör, çoğunlukla yüksek gerilim için kullanılır. Kapasite değerleri 50 pF ile 20 nF arasındadır. tolerans değerleri yüksektir ve yüksek frekansta çalışabilme özelliği vardır.

• Kağıtlı Kondansatör: İki uzun metal tabakanın arasına yağ emdirilmiş kâğıtların yerleştirilmesiyle elde edilir. 300 pF ile 4 µF arasında kapasite değerleri alırlar ve delinme gerilimleri, çalışma gerilimlerinin 100 - 600 katı arasındadır. Eskiden radyo aksamlarında kullanılan bu kondansatör çeşidi görece yüksek gerilimlerde de kullanılır ancak kullanımı nerdeyse tamamen terk edilmiştir.

• Camlı Kondansatör: Yüksek gerilimde kullanılır ve pahalıdır. Pahalı olmasının sebebi yüksek kararlılıkta çalışması ve kapasite değerinin yüksek güvenilirliğe sahip olmasıdır. Geniş bir sıcaklık aralığında kararlı bir sıcaklık katsayısı vardır.

• Seramikli Kondansatör: Sırayla dizilmiş metal ve seramik tabakalarından oluşur. yüksek hassasiyet gerektirmeyen kuplaj ve filtreleme işlemlerinde geniş bi kullanım alanı bulurlar. Yüksek frekans için uygundurlar.

• Alüminyum Elektrolitik Kondansatör: Kutuplu olarak imal edilirler. Yapısı metal filmli kondansatöre benzemekle birlikte, daha fazla alan kaplaması açısından alüminyum plakalar asitle yakılır. Yalıtkan malzeme ise elektrolitle ıslatılır. Düşük sıcaklıklarda kapasite kaybına eğilim gösterir. Frekans karakterinin kötü olması yüksek frekanslarda kullanımını kısıtlamaktadır.

• Tantalum Elektrolitik Kondansatör: Alüminyum elektrolitik kondansatörle benzer özellikleri gösterir ancak daha düzgün frekans ve sıcaklık karakteristiklerine sahiptir. Kaçak akımı büyüktür ve düşük sıcaklıklarda performansı daha yüksektir.

• OSCON (OS-CON) Kondansatör: Yalıtkan olarak polimerleştirilmiş organik yarıiletken katı elektrolitik bulundururlar. Yüksek fiyatını uzun ömürleriyle telafi ederler.

• Süper Kondansatör: Karbon Aerojelinden imal edilir. Gayet fazla kapasite değerleri sunarlar. Bazı uygulamalarda şarj edilebilir piller yerine kullanılırlar.

• Gimmick Kondansatör: Yalıtılmış iki telin birbirine dolanmasıyla oluşturulur. Her bir tel bir plakayı temsil eder. Gimmick kondansatörü ayarlanabilir bir kondansatör şeklidir. Tellerin birbirine dolanması veya dolanmaması durumunda %20 kadar bir kapasite değişimi oluşur.

Kapasite değerine göre 

Kimi kondansatörlerin kapasiteleri değiştirilemez ve sabit kapasiteli olarak üretilirken, kimi kondansatörlerin kapasite değerleri üzerinde oynama, değişikliğe gitme imkânı vardır.

Sabit kondansatörler

Daha fazla bilgi: Kağıtlı kondansatör, Mikalı kondansatör, Plastik film kondansatör, Seramik kondansatör ve Elektrolitik kondansatör

Sabit kondansatörlerin üretim aşamasında belli olan kapasiteleri sonradan kullanıcı eliyle değiştirilemediğinden devreye ince ayar yapma imkânı yoktur. Kullanıcı önceden ihtiyacı olan çalışma değerlerini belirler, ardından ona göre uygun bir kondansatör temin eder. Sabit kondansatör olarak üstteki beş örnek sayılabilir. Bu kondansatör çeşitlerinin daha ayrıntılı anlatımları yalıtkanlarına göre kondansatörler bölümünde bulunabilir. Devrede gösteriliş şekilleri ise yandadır.

Ayarlanabilir kondansatörler

Daha fazla bilgi: Varyabl kondansatör, Trimer kondansatör ve Varaktör

Kapasiteleri çeşitli yöntemlerle değiştirilebilen kondansatörlere ayarlanabilir kondansatör adı verilir. Bu halleriyle ince ayar yapmaya imkân tanırlar. Yandaki resim, devre üzerinde ayarlanabilir kondansatörlerin alabileceği simgelerdir. Üç çeşit ayarlanabilir kondansatörden bahsedilebilir.

Varyabl kondansatör

Birçok plakanın birbiri içine geçecek şekilde bağlanmasıyla elde edilen varyabl kondansatörler, iki parçadan oluşurlar (sabit parça stator, hareketli parça rotor). Rotora bağlı olan mil sayesinde plakalar birbiri içine doğru hareket eder veya uzaklaşır. Bu şekilde plakalar arası yüzey alanı kontrol edilir ve kapasite değerinde değişim olur. Varyabl kondansatörler, çok büyük kapasite değerlerine ulaşamasalar da yüksek gerilim ve yüksek frekans değerlerinde çalışabilme olanağı sunarlar.

Trimer kondansatör

Trimerler, varyabl kondansatörlerden farklı olarak plakaların birbirine yaklaştırılması yöntemiyle kapasite değişimi sağlarlar. Küçük güç ve küçük boyutlu olup tornavida ile kontrol edilen trimerlerin kullanım alanı genel olarak telekomünikasyon devreleridir.

Varaktör

Diyot kullanılarak oluşturulmuş bir kondansatör çeşididir. Gerilim kontrollüdürler, uygulanan gerilim değeri büyüdükçe kapasite değerleri düşer. Yüksek frekansta çalışabilip telekomünikasyon alanında frekans kontrolünde kullanılırlar.

Kutup durumuna göre

Kondansatörler üretim aşamasında kutupları belirlenmiş olarak da tasarlanabilirler. Bu duruma göre kondansatörler iki gruba ayrılır.

Kutupsuz kondansatör

Üretim aşamasında kutuplanmamış ve devreye bağlanma yönü önem taşımayan kondansatörlerdir. Seramik ve mika yalıtkanlı kondansatörlerlerin dahil olduğu bu grup, birkaç pikoFarad'dan mikroFarad değerlerine kadar bir yelpazede değer alır. Devre şemalarında aldığı semboller yandadır.

Kutuplu kondansatör

Bu kondansatörler üretilirken kutuplu olarak tasarlanır. Kondansatörün bir ve bir ucu vardır. Bu uçların devreye düzgün şekilde bağlanması gerekir. Aksi halde ciddi hasarlar oluşur çünkü ters bağlama halinde bu kondansatörler patlarlar. Kutuplu kondansatörler grubuna yalıtkanlarına göre kondansatörler bölümünde de anlatılan alüminyum elektrolitik ve tantalum kondansatörler girerler. Bu kondansatörlerin kapasiteleri birkaç pikoFarad'dan başlar Farad ve üzerine kadar uzanan geniş bir yelpazede değer alır. Devre şemalarında aldıkları semboller yanda gösterilmiştir.

Sıvı tankı modellemesi

Ana madde: Hidrolik benzetim

Elektrik, elektron hareketlerinin incelendiği, en küçük yapıtaşı elektron olan bir bilimken,hidrolik sıvıların mekanik özelliklerini inceleyen bir mühendislik ve bilim dalıdır.^[4] Elektrik ile hidrolik arasındaki benzetim yöntemi hesaplama ve elektriğin gözde canlanması açısından oldukça faydalıdır. Kondansatör analizi için gereken elektriksel birimlerin hidrolikteki karşılıkları aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Elektrik	Hidrolik
Elektron	Sıvı damlası
Gerilim	Sıvı basıncı
Akım	Sıvı akış hızı
Elektrik yükü	Sıvı miktarı
Kapasite	Sıvı tankının taban alanı
Frekans	Frekans

Kondansatör, elektrik yükünü depolayan bir eleman olma özelliğiyle hidrolik bilimindeki sıvı tanklarına eşdeğerdir. Her yalıtkan malzemenin farklı yük depolama kapasitesi ve farklı bozulma gerilimi olduğu gibi, her sıvı tankının da bir basınç dayanımı ve sıvı miktarı kapasitesi vardır. Kondansatörlerde yalıtkan malzeme ne kadar önemliyse, sıvı tanklarında da sıvı ve tank çeşidi o kadar önemlidir.

Kondansatör kapasitesi, uygulanan gerilim başına depolanan yük miktarı olarak tanımlanır. Sıvı tankı kapasitesi ise tanka uygulanan basınç başına depolanan sıvı miktarıdır. Kondansatör uçları arasındaki gerilim farkı, sıvı tankına bağlı iki borudan geçen sıvıların basınç farkı olarak temsil edilir. Yandaki resimde kondansatörün ucu 25 Volt, ucu ise 10 Volttur ve 15 Volt fark, kondansatöre uygulanan gerilim farkıdır. Yine aynı resimde sıvı tankına sıvı basan pompanın basıncı 5 N/m², sıvıyı çeken pompanın basıncı ise 3 N/m²'dir, aradaki basınç farkı ise tankın uçları arasındaki basınç farkıdır. Kondansatör uçları arasındaki gerilim farkının plakalar arasında yük biriktirmesi gibi, tankın uçları arasındaki basınç farkı da tankta sıvı biriktirir. Tankın deforme olmaması için dış maddesinin, uçlar arasındaki basınç farkına dayanabilecek sağlamlıkta olması gerekir. Kondansatörlerin çalışma gerilimlerinin üzerindeki gerilimlerde deforme olmaları gibi, sıvı tankları da fazla basınçta patlarlar.

Tek yönlü sıvı akışı 

Hidrolikte DC kaynak, içinden geçen sıvının basıncının, hızının ve yönünün hiç değişmediği sıvı pompasına benzetilebilir. Basınç farkı, bir tanka giren sıvı basıncıyla çıkan sıvı basıncı arasındaki farktır. Uçları arasında P sıvı basıncı olan bir tankın çıkış borusu kapalı farzedilip giriş borusundaki sıvı basıncı P olarak verilmesi benzetimi ve gerçekleşecek olaylar yandaki animasyonda verilmiştir.

Uçları arasında sıvı basınç farkı olan tankın içinde sıvı birikmesi başlar. İlk anda tank boş olduğundan, pompadan gelen sıvı basıncının önünde bir engel yoktur ve sıvı akış hızı en büyük halindedir. Tank dolmaya başladıkça biriken sıvı, ağırlığı dolayısıyla pompaya ters yönde ve zamanla artan bir basınç uygular, net basınç pompa sıvı basıncı ile tankta biriken sıvı basıncı arasındaki fark olduğundan ve basınç farkı zamanla azalır. Basınç farkının azalması, tanka sıvı giriş hızının azalması anlamı da taşıdığından tankın sıvıyla dolma hızı gittikçe yavaşlar.

1. Tank dolu ve pompa basıncı sıvı basıncından büyüktür...

Tank tamamen dolduğu anda pompa basıncı tankın içindeki sıvı basıncından büyükse oluşan basınç farkı tank çeperlerini zorlamaya başlar. Basınç farkı tank çeperinin dayanabileceği şiddette olursa sıvı akışı durur ve denge sağlanır, eğer çeperler basınç farkına dayanamıyorsa bu zorlama bir süre sonra çeperleri deforme eder ve sonuçta tank patlar.

• Çözüm: Pompa basıncını dengelemesi için daha yüksek bir sıvı tankına ihtiyaç vardır. Eğer tankın aldığı sıvı miktarı değişmeyecekse taban alanı daha küçük ancak boyu daha uzun bir tank tercih edilir. Böylece sıvı miktarı sabit kalır, basınç dengelenir ve tank çeperleri zorlanmaz.

Yani, kondansatörler çalışma gerilimlerinin üzerinde bir gerilime maruz bırakılmamalıdır. Yalıtkan malzeme dayanamayacağı gerilimler altında deforme olur ve patlamaya yol açar. Bunun yerine daha yüksek gerilimlere dayanabilen ve kullanılan yük miktarında değişim olmaması için kapasitesi nispeten düşük kondansatörler tercih edilir.

2. Tank dolu, pompa basıncı ile sıvı basıncı eşit, ancak sıvı miktarı az...

Tank tamamen dolduğu anda sıvı basıncı pompa basıncını dengeliyorsa, net basınç sıfır olur ve tank çeperlerinde bir zorlanma olmaz. Ancak sıvı miktarının az olması, sıvının kullanılırken daha önceden bitmesine ve işte verimsizliğe yol açar.

• Çözüm: Basınç dengesinin bozulmaması amacıyla sıvı tankının yüksekliği değiştirilmez, ancak taban alanı artırılarak aynı basınç değerinde daha fazla sıvı depolanabilir. Taban alanının artışıyla tank hacmi ve maliyet artar.

Yani, nominal gerilimde çalıştırılan bir kondansatörün daha büyük elektriksel yükü depolaması ve daha uzun süre devreye enerji sağlaması için hidrolikte taban alanı eşdeğeri olan kapasitesi artırılır. Yandaki resimde sıvı tankının hacmi ve iş görme süresi iki katına çıktığı gibi, kapasitesi iki katına çıkan kondansatör de iki kat yük depolar ve iki kat süre dayanım gösterir.

3. Pompa basıncı ile sıvı basıncı eşit, ancak sıvı tankı tamamen dolmadı...

Tank tamamen dolmadan içindeki sıvı basıncı pompa basıncına eşit olursa sıvı akışı durur ve tankın üstünde boş kısımlar kalır. Bu durum eldeki tankın gereğinden büyük olduğunu gösterir ve fazladan maliyet getirir.

• Çözüm: Sıvı basıncının pompa basıncını dengelediği yükseklikte bir sıvı tankı tercih edilir. Sıvı tankının gereğinden büyük olması verimsiz kullanıma örnektir.

Yani, kondansatörler ya tam uygulanacak gerilim değerine ya da aşırı olmayacak şekilde yüksek gerilim değerlerine göre tercih edilir. Uygulanan gerilimin çok üstünde olan çalışma gerilimi, maliyeti fazla olan kondansatör anlamına gelir ve elemanın verimsiz kullanılmasıdır.

Çift yönlü sıvı akışı

Hidrolikte AC kaynak, sıvı akış yönü, hızı ve basıncı belli bir frekansa göre değişen pompa olarak düşünülebilir. Kondansatör eşdeğeri olan sıvı tankına bağlanmış bir pompadan, periyodun bir yarısında tanka sıvı verildiği diğer yarısında tanktan sıvı çekildiği, basınç değişiminin de sinüsoidal şekilde olduğu benzetimi ile AC kaynağa bağlanmış bir kondansatör gözde daha kolay canlanır. Sıvı akış yönünün değiştiği sistemlerde sıvı tankı sürekli dolup boşalma hareketi yapar, sıvı akışı durmaz ancak sıvı akışına karşı bir direnç oluşur. Bu direncin bağlı olduğu büyüklükler şöyle sıralanabilir.

• Frekans: Tankın dolması için bir süre gerekir, bu süre tankın hacmine bağlıdır. Frekansın büyük olması periyotun küçülmesini gerektirir. Periyotun yarısında tanka sıvı dolduğu diğer yarısında da çekildiği göz önüne alınırsa, periyot küçüldükçe kısa sürede tanka dolan sıvı miktarı daha da düşer, tank tamamen dolup pompayı tıkama işlemini yapamaz ve tankın direnci azalır. Yani, frekansın artması sıvı tankında olduğu gibi kondansatörlerde de dirence ters orantılı etki yapar.

• Taban alanı: Taban alanının genişlemesi, aynı miktarda sıvının daha az yükseklikte ancak daha geniş yüzeyde birikmesi anlamına gelir. Sıvı tankında biriken sıvının yüksekliğinin azalması da pompaya tanktan uygulanan basınç değerinde azalmaya yol açar, böylece sıvı daha kolayca tanka dolar ve tankın direnci azalır. Yani, taban alanının büyümesi sıvı tankının direncini azalttığı gibi kondansatörlerde de kapasite değerindeki artış kondansatör direncini azaltır ve ters orantı söz konusudur.

Üstteki formülasyon bir sıvı tankının basıncı sinüsoidal şekilde değişen pompadan sıvı girişine gösterdiği direncin nelere bağlı olduğunu ifade eder. Hidrolikteki eşdeğerleriyle yer değiştirdiğinde ise kondansatörün AC kaynakta elektron ve akım akışına gösterdiği direnç elde edilir. Formülasyonlar arasındaki tek fark olan çarpanı, kondansatörün AC direnci ifadesinde açısal frekansın kullanılmasından kaynaklanır. Kapasite değeri ve çalışma frekansının artması kondansatör direncinin düşmesine neden olur.

Sıvı pompası basıncının sinüsoidal şekilde olması, bir periyotun yarısında tanka sıvı gönderip diğer yarısında sıvı çektiği anlamına gelir. Sıvı gönderme sürecinin sonlarına doğru sinüsoidal grafikten kaynaklanan nedenle, sıvı tanka doğru itilmesine karşın pompa basıncı oldukça düşer ve sıfıra yaklaşır. Ancak tankta birikmiş sıvının basıncı pompa basıncından büyük hale gelir ve basınç farkı pompa sıvıyı tanka doğru itmesine karşın negatif çıkar. Yani, pompa basıncı tanka doğrudur ancak sıvı akışı tanktan dışarıya doğru gerçekleşir, dolayısıyla sıvı akışı faz olarak pompa basıncından ileridedir. Kondansatör benzetiminde eşdeğer büyüklükler kullanılırsa akım fazörü gerilim fazöründen ileridedir denilir.

Kaynak  :  vikipedi