1. Elektrolytické kondenzátory
Elektrolytické kondenzátory sú kondenzátory tvorené oxidačnou vrstvou na elektróde pôsobením elektrolytu ako izolačnej vrstvy, ktorá má zvyčajne veľkú kapacitu. Elektrolyt je tekutý rôsolovitý materiál bohatý na ióny a väčšina elektrolytických kondenzátorov je polárna, to znamená, že pri práci musí byť napätie kladnej elektródy kondenzátora vždy vyššie ako záporné napätie.
Vysoká kapacita elektrolytických kondenzátorov je obetovaná aj mnohým ďalším charakteristikám, ako je napríklad veľký zvodový prúd, veľká ekvivalentná sériová indukčnosť a odpor, veľká chyba tolerancie a krátka životnosť.
Okrem polárnych elektrolytických kondenzátorov existujú aj nepolárne elektrolytické kondenzátory. Na obrázku nižšie sú dva druhy 1000uF, 16V elektrolytických kondenzátorov. Medzi nimi väčší je nepolárny a menší je polárny.
(Nepolárne a polárne elektrolytické kondenzátory)
Vnútro elektrolytického kondenzátora môže byť tekutý elektrolyt alebo pevný polymér a materiál elektródy je bežne hliník (hliník) alebo tantal (tandal). Nasleduje bežný polárny hliníkový elektrolytický kondenzátor vo vnútri konštrukcie, medzi dvoma vrstvami elektród je vrstva vláknitého papiera nasiaknutá elektrolytom plus vrstva izolačného papiera premeneného na valec, utesnený v hliníkovom plášti.
(Vnútorná štruktúra elektrolytického kondenzátora)
Pri rozbore elektrolytického kondenzátora je jasne vidieť jeho základnú štruktúru. Aby sa zabránilo vyparovaniu a úniku elektrolytu, je kolíková časť kondenzátora upevnená tesniacou gumou.
Na obrázku je samozrejme znázornený aj rozdiel vo vnútornom objeme medzi polárnymi a nepolárnymi elektrolytickými kondenzátormi. Pri rovnakej kapacite a úrovni napätia je nepolárny elektrolytický kondenzátor asi dvakrát väčší ako polárny.
(Vnútorná štruktúra nepolárnych a polárnych elektrolytických kondenzátorov)
Tento rozdiel pochádza hlavne z veľkého rozdielu v ploche elektród vo vnútri dvoch kondenzátorov. Elektróda nepolárneho kondenzátora je vľavo a polárna elektróda je vpravo. Okrem rozdielu v ploche je rozdielna aj hrúbka dvoch elektród a hrúbka elektródy polárneho kondenzátora je tenšia.
(Hliníkový plech elektrolytického kondenzátora rôznej šírky)
2. Výbuch kondenzátora
Keď napätie aplikované kondenzátorom presiahne jeho výdržné napätie, alebo keď sa polarita napätia polárneho elektrolytického kondenzátora obráti, zvodový prúd kondenzátora prudko vzrastie, čo má za následok zvýšenie vnútorného tepla kondenzátora a elektrolytu. bude produkovať veľké množstvo plynu.
Aby sa predišlo výbuchu kondenzátora, sú na vrchu krytu kondenzátora vylisované tri drážky, takže vrch kondenzátora sa dá pod vysokým tlakom ľahko zlomiť a uvoľniť vnútorný tlak.
(Výbušná nádrž v hornej časti elektrolytického kondenzátora)
Avšak niektoré kondenzátory vo výrobnom procese, lisovanie hornej drážky nie je kvalifikované, tlak vo vnútri kondenzátora spôsobí, že sa tesniaca guma v spodnej časti kondenzátora vysunie, v tomto čase sa tlak vo vnútri kondenzátora náhle uvoľní, vytvorí sa výbuch.
1, výbuch nepolárneho elektrolytického kondenzátora
Na obrázku nižšie je zobrazený nepolárny elektrolytický kondenzátor s kapacitou 1000uF a napätím 16V. Keď aplikované napätie presiahne 18 V, zvodový prúd sa náhle zvýši a teplota a tlak vo vnútri kondenzátora sa zvýšia. Nakoniec sa gumové tesnenie v spodnej časti kondenzátora roztrhne a vnútorné elektródy sa rozbijú ako pukance.
(odstreľovanie prepätím nepolárneho elektrolytického kondenzátora)
Priviazaním termočlánku ku kondenzátoru je možné merať proces, pri ktorom sa mení teplota kondenzátora so zvyšujúcim sa napätím. Nasledujúci obrázok ukazuje nepolárny kondenzátor v procese zvyšovania napätia, keď aplikované napätie prekročí hodnotu výdržného napätia, vnútorná teplota pokračuje v procese zvyšovania.
(Vzťah medzi napätím a teplotou)
Obrázok nižšie ukazuje zmenu prúdu pretekajúceho kondenzátorom počas toho istého procesu. Je vidieť, že zvýšenie prúdu je hlavným dôvodom zvýšenia vnútornej teploty. V tomto procese sa napätie lineárne zvyšuje a keď prúd prudko stúpa, napájacia skupina spôsobuje pokles napätia. Nakoniec, keď prúd prekročí 6A, kondenzátor s hlasným treskom exploduje.
(Vzťah medzi napätím a prúdom)
Kvôli veľkému vnútornému objemu nepolárneho elektrolytického kondenzátora a množstvu elektrolytu je tlak generovaný po pretečení obrovský, čo vedie k tomu, že tlaková vyrovnávacia nádrž v hornej časti plášťa sa nerozbije a tesniaca guma v spodnej časti kondenzátor je vyfúknutý.
2, explózia polárneho elektrolytického kondenzátora
Pre polárne elektrolytické kondenzátory sa používa napätie. Keď napätie prekročí výdržné napätie kondenzátora, zvodový prúd tiež prudko stúpne, čo spôsobí prehriatie a výbuch kondenzátora.
Na obrázku nižšie je znázornený obmedzujúci elektrolytický kondenzátor, ktorý má kapacitu 1000uF a napätie 16V. Po prepätí sa proces vnútorného tlaku uvoľní cez hornú tlakovú vyrovnávaciu nádrž, takže sa zabráni procesu výbuchu kondenzátora.
Nasledujúci obrázok ukazuje, ako sa mení teplota kondenzátora so zvyšovaním použitého napätia. Keď sa napätie postupne približuje k výdržnému napätiu kondenzátora, zvyškový prúd kondenzátora sa zvyšuje a vnútorná teplota stále stúpa.
(Vzťah medzi napätím a teplotou)
Na nasledujúcom obrázku je zmena zvodového prúdu kondenzátora, nominálneho 16V elektrolytického kondenzátora, v procese testu, keď napätie presiahne 15V, únik kondenzátora začne prudko stúpať.
(Vzťah medzi napätím a prúdom)
Prostredníctvom experimentálneho procesu prvých dvoch elektrolytických kondenzátorov je tiež možné vidieť, že limit napätia takýchto 1000uF obyčajných elektrolytických kondenzátorov. Aby sa predišlo vysokonapäťovému rozpadu kondenzátora, pri použití elektrolytického kondenzátora je potrebné ponechať dostatočnú rezervu podľa skutočných výkyvov napätia.
3,elektrolytické kondenzátory v sérii
Ak je to vhodné, väčšiu kapacitu a väčšie kapacitné výdržné napätie možno získať paralelným a sériovým zapojením.
(elektrolytický kondenzátor popcorn po výbuchu pretlaku)
V niektorých aplikáciách je napätie aplikované na kondenzátor striedavé napätie, ako sú spojovacie kondenzátory reproduktorov, fázová kompenzácia striedavého prúdu, kondenzátory s fázovým posunom motora atď., čo si vyžaduje použitie nepolárnych elektrolytických kondenzátorov.
V používateľskej príručke od niektorých výrobcov kondenzátorov je tiež uvedené, že použitie tradičných polárnych kondenzátorov v sériách back-to-back, to znamená dva kondenzátory v sérii spolu, ale polarita je opačná, aby sa dosiahol efekt polárne kondenzátory.
(elektrolytická kapacita po výbuchu prepätia)
Nasleduje porovnanie polárneho kondenzátora pri aplikácii napätia v priepustnom smere, spätného napätia, dvoch elektrolytických kondenzátorov v sérii back-to-back na tri prípady nepolárnej kapacity, zvodový prúd sa mení s nárastom použitého napätia.
1. Dopredné napätie a zvodový prúd
Prúd pretekajúci kondenzátorom sa meria zapojením odporu do série. V rozsahu tolerancie napätia elektrolytického kondenzátora (1000uF, 16V) sa aplikované napätie postupne zvyšuje z 0V, aby sa zmeral vzťah medzi zodpovedajúcim zvodovým prúdom a napätím.
(kladná sériová kapacita)
Nasledujúci obrázok ukazuje vzťah medzi zvodovým prúdom a napätím polárneho hliníkového elektrolytického kondenzátora, čo je nelineárny vzťah so zvodovým prúdom pod 0,5 mA.
(Vzťah medzi napätím a prúdom po doprednej sérii)
2, spätné napätie a zvodový prúd
Použitím rovnakého prúdu na meranie vzťahu medzi aplikovaným smerovým napätím a zvodovým prúdom elektrolytického kondenzátora je z obrázku nižšie vidieť, že keď aplikované spätné napätie presiahne 4 V, zvodový prúd sa začne rýchlo zvyšovať. Zo sklonu nasledujúcej krivky je spätná elektrolytická kapacita ekvivalentná odporu 1 ohm.
(Reverzné napätie Vzťah medzi napätím a prúdom)
3. Sériové kondenzátory back-to-back
Dva identické elektrolytické kondenzátory (1000uF, 16V) sú zapojené do série, aby vytvorili nepolárny ekvivalentný elektrolytický kondenzátor, a potom sa meria krivka závislosti medzi ich napätím a zvodovým prúdom.
(sériová kapacita s kladnou a zápornou polaritou)
Nasledujúci diagram ukazuje vzťah medzi napätím kondenzátora a zvodovým prúdom a môžete vidieť, že zvodový prúd sa zvyšuje, keď aplikované napätie presiahne 4 V a amplitúda prúdu je menšia ako 1,5 mA.
A toto meranie je trochu prekvapujúce, pretože vidíte, že zvodový prúd týchto dvoch sériových kondenzátorov back-to-back je v skutočnosti väčší ako zvodový prúd jedného kondenzátora, keď je napätie aplikované dopredu.
(Vzťah medzi napätím a prúdom po kladnej a zápornej sérii)
Z časových dôvodov však k opakovanému testu tohto javu nedošlo. Možno, že jeden z použitých kondenzátorov bol práve teraz kondenzátor pri teste spätného napätia a vo vnútri bolo poškodenie, takže bola vygenerovaná vyššie uvedená testovacia krivka.
Čas odoslania: 25. júla 2023
