بانک خازنی

شکل 2: کوچک سازی بانک های خازنی به دلیل ورود مواد جدید بین صفحات خازن است که ضریب گذر “k” ماده دی الکتریک را افزایش می دهد.
همانطور که معادلات نشان می دهد، راه دیگری برای افزایش ظرفیت، افزایش مقاومت دی الکتریک است. عنصر “k” گذردهی نسبی ماده دی الکتریک بین صفحات است. برای فضای آزاد، “k” برابر با وحدت یا یک است. برای همه رسانه های دیگر، “k” بزرگتر از یک است. خازن های فیلم و الکترولیت نمونه های معمولی از دستگاه های مناسب برای این کاربردها هستند.

بزرگ به کوچک تا عجیب و غریب

کاربردهای بانک خازن، دامنه را از خیلی بزرگ به خیلی کوچک اجرا می کنند. یکی از غیرمعمول‌ترین کاربردهای بزرگ، کاربرد پست نیروگاه بادی است. مزرعه بادی Lincs یک مزرعه بادی دریایی 270 مگاواتی در 8 کیلومتری (5.0 مایلی) از Skegness در ساحل شرقی انگلستان است (شکل 3). انرژی تولید شده در فراساحل از طریق پست زمینی Walpole واقع در شهرستان نورفولک به شبکه منتقل می شود. کارخانه خازن ولتاژ بالا زیمنس در مجموع شش بانک خازن بدون فیوز تک فاز و همچنین شش بانک تک فاز با خازن های ذوب شده داخلی ارائه کرده است.

در عمل، تاسیسات بانک خازن قدرت را می توان به یکی از سه قسمت تقسیم کرد: فیوز داخلی، فیوز خارجی یا بدون فیوز. برای خازن های دارای فیوز داخلی، قوطی منفرد حاوی بانک از گروه های سری عناصر خازن موازی ساخته می شود که هر عنصر به طور جداگانه در داخل قوطی فیوزدار می شود. برعکس، بانک‌های خازن فیوزدار خارجی از گروه‌هایی از خازن‌های موازی تشکیل شده‌اند که برای کار با فیوز خارجی مشترک طراحی شده‌اند.

در صورت بروز خرابی در یکی از عناصر سیم‌پیچ، این فیوزینگ خارجی به طور بالقوه می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند، در این صورت کل واحد باید از بین برود. به گفته برد هندرسون، فروش و بازاریابی منطقه ای بخش خازن برق ESTA Vishay، استفاده از خازن های دارای فیوز داخلی یکی از آخرین روندها در فناوری مدرن بانک خازن است. هندرسون توضیح می‌دهد: «یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های طراحی، تغییر ذهنیت مشتریان نهایی است که به استفاده از بانک‌های خازن‌های دارای فیوز خارجی با سبک قدیمی‌تر عادت کرده‌اند که در گذشته در اینجا در آمریکا استفاده می‌شدند.
در نهایت، بانک های خازن بدون فیوز نیز از فیوز خارجی استفاده می کنند. با این حال، آنها معمولا حاوی عناصر بیشتری نسبت به یک خازن فیوزدار معمولی هستند. بنابراین، اتصال کوتاه در یک عنصر باعث خرابی های مکرر در سراسر قوطی نمی شود.
در نقطه مقابل این مقیاس، کاربردهای کوچک مانند تلفن های هوشمند و دستگاه های ذخیره سازی قرار دارند. بانک های خازنی با قدرت کوچک همراه با ابرخازن های با ظرفیت بزرگ برای کاهش زمان شارژ تلفن همراه استفاده می شود. یک ابر خازن قادر است صدها برابر بیشتر از یک خازن استاندارد شارژ الکتریکی را در خود نگه دارد و گاهی اوقات به عنوان باتری قابل شارژ با ولتاژ پایین استفاده می شود.

در فضاهای فرکانس رادیویی (RF) و بی‌سیم، سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی کوچک یا MEMS، بانک‌های خازن قابل تنظیم برای تقویت یا جایگزینی خازن‌های قابل تنظیم الکترومکانیکی با اندازه کامل استفاده می‌شوند. صدها خازن کوچک MEMS با مقادیر مختلف به صورت دیجیتالی از طریق یک رابط محیطی سریال (SPI) کنترل و تنظیم می شوند. این بانک‌های خازن سوئیچ‌شونده را می‌توان در یک بسته ترکیب کرد، بنابراین محدوده قابل تنظیم سیستم کلی را افزایش داد.
یکی از کاربردهای عجیب و غریب بانک های خازنی در سیستم های قدرت پالسی و تسلیحات است. تحقیقاتی روی بانک‌های خازن ولتاژ بالا با اندوکتانس پایین انجام شده است که می‌توانند پالس‌های عظیم جریان را برای بسیاری از کاربردهای توان پالسی تامین کنند. بانک های خازنی با چگالی انرژی بالا (بیش از 1 ژول بر سانتی متر مکعب) و کلیدهای نیمه هادی مدرن می توانند برای ایجاد انرژی فشرده به میزان چند صد کیلو ژول (کیلوژول) و تولید جریان های پالسی با دامنه بالا استفاده شوند.
کاربردهای این بانک‌های خازن با چگالی بالا شامل شکل‌دهی الکترومغناطیسی، ژنراتورهای مارکس، لیزر پالسی، شبکه‌های تشکیل‌دهنده پالس، رادار، تحقیقات همجوشی و شتاب‌دهنده‌های ذرات است. کار آزمایشی با استفاده از توده های خازن به عنوان منابع انرژی برای زره های الکترومغناطیسی و تفنگ های ریلی و سیم پیچ الکترومغناطیسی ادامه دارد.