Elektrolytkondensatoren

In der Praxis ist jeder Elektriker mit der Arbeit von Adaptern, Netzteilen und Spannungswandlern konfrontiert. In all diesen Geräten werden häufig elektrische Kondensatoren verwendet, die im Slang häufig als „Elektrolyte“ bezeichnet werden.

Ihr Hauptvorteil ist die relativ große Größe der Kapazität bei einer relativ kleinen Größe. Darüber hinaus ist ihre Produktion seit langem etabliert und die Kosten sind relativ niedrig.

Geräteprinzipien

Jeder Kondensator besteht aus zwei Platten, deren Raum mit einem Dielektrikum gefüllt ist.

Die in dem Bild gezeigte Formel erinnert daran, dass die Kapazität C von der Fläche jeder Platte S, dem Abstand zwischen den Platten d und der Dielektrizitätskonstante des Mediums in ihnen & epsi; abhängt. Der Wert ε0 ist die elektrische Konstante, die die Stärke des elektrischen Feldes im Vakuum bestimmt.

Der Elektrolytkondensator unterscheidet sich von allen anderen dadurch, dass er eine Elektrolytschicht verwendet, die den Raum zwischen den beiden Platten ausfüllt, meistens aus Folienplatten. Darüber hinaus ist einer von ihnen mit einer kleinen dielektrischen Schicht des Oxidfilms bedeckt.

Folienbänder werden zusammengefaltet und durch einen sehr dünnen, mit Elektrolyt getränkten Papierblock getrennt. Sein Wert von ca. 1 μm kann die Kapazität des Kondensators erheblich erhöhen. In der obigen Formel zur Bestimmung von C liegt die Dicke der dielektrischen Schicht d im Nenner.

Die oberste Schicht der Folie ist mit Trennpapier beschichtet, und die gesamte Struktur wird zur Platzierung in einem zylindrischen Körper aufgerollt.

An den Enden der Folie werden Metallplatten durch Kaltschweißverfahren geschweißt, wodurch Kontakte zum Verbinden mit dem Stromkreis als Kathode und Anode bereitgestellt werden. Darüber hinaus wird auf der Platte mit der Oxidschicht eine positive Schlussfolgerung gebildet.

Die Kathode spielt die Rolle eines Elektrolyten, der die gesamte Oberfläche der zweiten Platte berührt.

Da die Kapazität des Kondensators von der Fläche der Platten abhängt, ist eine der Möglichkeiten zur Erhöhung in der Produktionstechnologie enthalten - dies ist die Wellung der Oberfläche durch Elektrolyt durch chemisches Ätzen. Es kann aufgrund chemischer Erosion oder elektrochemischer Korrosion durchgeführt werden.

Flüssige Elektrolyte können zuverlässig in die erzeugten mikroskopischen Aussparungen der Anode fließen.

Während der elektrischen Oxidation entsteht eine Oxidschicht auf der Folie. Dieser Vorgang tritt auf, wenn Strom durch den Elektrolyten fließt. Das Bild unten zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie, die die Änderung der Ströme im Gerät mit zunehmender Spannung zeigt.

Der Kondensator arbeitet normal bei Nennspannung und Temperatur. Wenn eine Überspannung auftritt, setzt sich die Bildung der Oxidschicht fort und es beginnt sich eine große Wärmemenge zu erzeugen, was zur Gasbildung und einem Druckanstieg innerhalb des abgedichteten Gehäuses führt.

Elektrolytkondensatoren können daher explodieren, was häufig bei alten Konstruktionen der UdSSR der Fall war, die in einem einzigen Fall ohne Explosionsschutz durchgeführt wurden. Diese Eigenschaft führte häufig zu Schäden an anderen benachbarten Ausstattungselementen.

Moderne Modelle erzeugen eine Schutzmembran, die zu Beginn der Gasbildung zerstört wird und so eine Explosion verhindert. Es besteht aus Kerben mit den Buchstaben "T", "Y" oder dem Zeichen "+".

Arten von Elektrolytkondensatoren

„Elektrolyte“ beziehen sich konstruktionsbedingt auf polare Geräte, dh sie müssen arbeiten, wenn der Strom nur in eine Richtung fließt. Daher werden sie in Gleichstrom- oder Welligkeitsspannungsschaltungen unter Berücksichtigung der Durchgangsrichtung elektrischer Ladungen verwendet.

Für den Betrieb in sinusförmigen Stromkreisen wurden „unpolare Elektrolyte“ erzeugt. Aufgrund zusätzlicher Elemente im Design haben sie bei gleicher Kapazität größere Abmessungen und dementsprechend höhere Kosten.

Mit dem Elektrolyten zwischen den Platten können konzentrierte Lösungen verschiedener Alkalien oder Säuren verwendet werden. Entsprechend der Füllmethode werden Kondensatoren unterteilt in:

• flüssig;

• trocken

• Oxidmetall;

• Halbleiteroxid.

Als Material der Anode kann eine Folie aus Aluminium, Tantal, Niob oder Sinterpulver ausgewählt werden. Bei Oxidhalbleiterkondensatoren ist die Kathode eine Halbleiterschicht, die direkt auf der Oxidschicht abgeschieden ist.

Betriebsmerkmale

Die Fähigkeit von Elektrolyten, während des Erhitzens Gase zu emittieren, macht es erforderlich, dass ein Kondensator die Zuverlässigkeit gewährleistet, um einen Grenzspannungsbereich von bis zu 0,5 bis 0,6 seines Wertes zu erzeugen. Dies gilt insbesondere für Geräte mit erhöhten Temperaturen.

Für Kondensatoren, die für den Betrieb in Wechselspannungskreisen ausgelegt sind, wird die Betriebsfrequenz angegeben. Normalerweise sind es 50 Hertz. Um mit höherfrequenten Signalen arbeiten zu können, muss die Betriebsspannung reduziert werden. Andernfalls wird das Dielektrikum überhitzt und bricht zusammen, das Gehäuse bricht.

Elektrolyte mit einer großen Kapazität und geringen Leckströmen können die akkumulierte Ladung langfristig speichern. Aus Sicherheitsgründen wird zur Beschleunigung ihrer Entladung ein Widerstand mit einem Widerstand von 1 MΩ und einer Leistung von 0,5 W parallel zu den Klemmen geschaltet.

Zur Verwendung in Hochspannungsgeräten werden Kondensatoren verwendet, die in Reihenschaltungen zusammengebaut sind. Um die Spannung zwischen ihnen auszugleichen, werden Widerstände mit einem Nennwert von 0,2 bis 1 MΩ parallel zu den jeweiligen Anschlüssen geschaltet.

Wenn in Wechselspannungskreisen polare Elektrolytkondensatoren verwendet werden müssen, wird ein Stromkreis aufgebaut, in dem der Strom durch jedes Element nur in eine Richtung fließt. Für diesen Gebrauch Dioden und Strombegrenzungswiderstand.

Solche Schemata wurden zuvor zusammengebaut, um die Phase des Stroms relativ zur Spannung zu drehen, wenn leistungsstarke dreiphasige asynchrone Elektromotoren aus einem einphasigen Netzwerk gestartet werden. Jetzt verliert dieses Thema bereits seine frühere Relevanz.

Das Fehlen eines Strombegrenzungswiderstands in einer solchen Schaltung führt zu einer Überhitzung der dielektrischen Schicht und einem Ausfall des Elektrolytkondensators.

Flüssiger Elektrolyt trocknet durch Defekte im Gehäuse durch die Zeit. Dadurch wird die Kapazität schrittweise reduziert. Mit der Zeit erreicht es einen kritischen Wert. Ein außer Betrieb geratener Elektrolytkondensator führt häufig zu einem Ausfall des elektrischen Geräts.

Fehlfunktionen des Kondensators aufgrund einer Verletzung des äquivalenten Widerstands ESR

Elektrolytkondensatoren weisen ein weiteres technisches Merkmal auf, das sich auf die Leistung während des Betriebs auswirkt. Mit der Zeit verringert der Kondensator die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Platten und den Anschlüssen aufgrund der ständig auftretenden internen elektrischen Prozesse allmählich. Sein Wert wird durch den äquivalenten aktiven Widerstand geschätzt, der durch den ESR-Index angezeigt wird. Auf Russisch nennen sie EPS: äquivalenter Serienwiderstand.

Diese auftretende parasitäre Charakteristik beeinflusst den Betrieb von Elektrolyten in Schaltkreisen mit einer Frequenz von bis zu 50 Hertz nicht, indem die Ausgangswicklung des Transformators, die Diodengleichrichtung und ein Kondensator verwendet werden, um die Pulsationen auszugleichen. Bei Geräten, die Hochfrequenzsignale in Schaltnetzteilen verwenden, kann die Schaltung durch einen solchen zusätzlichen aktiven Widerstand in Reihe zur Kapazität nicht mehr arbeiten.

Ein Kondensator mit erhöhtem ERS unterscheidet sich im Aussehen nicht von einem funktionierenden. Es ist nur so, dass sein aktiver Widerstand um mehr als ein Ohm zunimmt und bis zu 10 Ohm erreichen kann.

Bestimmungsmethoden

Die Industrie stellt Instrumente her, mit denen dieser Wert anhand eines in den 60er Jahren in Russland erfundenen Prototyps gemessen werden kann. Mit ihnen können Sie Messungen durchführen, ohne die Kondensatoren aus dem Stromkreis zu verdampfen. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Brückenwiderstandsmesser für Wechselstrom.

Handwerker erstellen ihre eigenen vereinfachten Konstruktionen, die es uns ermöglichen, den Zustand des Kondensators anhand dieses Parameters zu bewerten, basierend auf der Bestimmung des aktiven Widerstands von mehr als 1 Ohm. Als ähnlichen Indikator können Sie ein einfaches Gerät zusammenbauen (siehe Abbildung).

Zur Stromversorgung wird eine normale Fingerbatterie verwendet. Die LED zeigt die Eignung des elektrischen Kondensators durch den ERS-Parameter an, indem die vom Kondensator kommenden Hochfrequenzsignale auf dem Ringkerntransformator und dem erzeugten Schwingkreis verglichen werden.

Das Bild des gleichen Schemas in etwas vereinfachter Form ist unten gezeigt.

Der Testkondensator ist mit einer Wicklung verbunden, die in einer Umdrehung an einem Transformator eines ferromagnetischen Kerns mit einer magnetischen Permeabilität in der Größenordnung von 800 bis 1000 hergestellt wird. Die Spannung an dieser Wicklung überschreitet 200 Millivolt nicht, sodass Sie die Eigenschaften des Elektrolyten bewerten können, ohne von der Platine zu löten.

Für eine solche Anzeige sind keine besonderen Einstellungen erforderlich. Es reicht völlig aus, das Leuchten der LED am Steuerwiderstand von einem Ohm zu überprüfen und bei zukünftigen Messungen zu navigieren. Der Transistor kann von jedem mit einem Kollektorstrom von 100 mA und einer Verstärkung von mehr als 50 verwendet werden.

Eine solche Sonde funktioniert mit Kondensatoren mit einer Kapazität von weniger als 100 μF nicht genau.

Ionistor - Superkondensator

Eine Art Kondensator mit einem Elektrolyten, der den Fluss elektrochemischer Prozesse liefert, ist Ionistor. Es nutzt den Effekt einer doppelten elektrischen Schicht, die auftritt, wenn das Auskleidungsmaterial mit dem Elektrolyten in Kontakt kommt, und kombiniert die Funktionen eines Kondensators mit einer chemischen Stromquelle.

Das Design ist im Bild dargestellt.

Hier ist die Dicke der gebildeten Doppelschicht sehr gering. Dadurch können Sie die Kapazität des Ionistors erheblich erhöhen. Außerdem ist es für diese Kondensatoren einfacher, die Fläche der Kontaktfläche der Platten zu vergrößern. Sie bestehen aus porösen Materialien, beispielsweise Aktivkohle, geschäumten Metallen.

Die Kapazität des Ionistors kann mehrere Farad mit einer Spannung an den Platten von bis zu 10 Volt erreichen. Er rekrutiert es in kurzer Zeit und speichert es dann zuverlässig. Daher werden diese Modelle zum Sichern verschiedener Netzteile verwendet.

Die Betriebsbedingungen beeinflussen die Dauer des Betriebszustands des Ionistors stark. Wenn die Betriebstemperatur 40 Grad nicht überschreitet und die Spannung 60% des Nennwerts beträgt, kann die Ressource mehr als 40.000 Stunden betragen.

Die Heizung muss nur auf 70 Grad und die Spannung auf 80% erhöht werden, da die Batterielebensdauer auf 500 Stunden reduziert wird. Ionisten finden im Alltag vielfältige Anwendungen. Sie arbeiten in Sätzen von Sonnenkollektoren, Autoradioausrüstung, Smart Home-Automatisierung.

Der südkoreanische Automobilhersteller Hyundai Motor Company arbeitet an der Herstellung von Elektrobussen mit Ionistoren. Ihr Angriff soll bei kurzen Stopps auf dem Bewegungsweg durchgeführt werden.

Diese Art des Transports ersetzt im Kern vollständig den Oberleitungsbus, der das gesamte Fahrdrahtnetz von der Arbeit ausschließt.