Condensatoare electrolitice

În practică, fiecare electrician se confruntă cu munca de adaptoare, surse de alimentare, convertoare de tensiune. În toate aceste dispozitive, condensatoarele electrice sunt utilizate pe scară largă, care sunt adesea numite „electroliți” pe argou.

Avantajul lor principal este dimensiunea relativ mare a capacitanței cu o dimensiune relativ mică. În plus, producția lor este stabilită de mult timp, iar costul este relativ scăzut.

Principiile dispozitivului

Orice condensator este format din două plăci, spațiul dintre care este umplut cu un dielectric.

Formula prezentată în imagine amintește că capacitatea C depinde de zona fiecărei plăci S, distanța dintre plăcile d și constanta dielectrică a mediului din interiorul lor. Valoarea ε0 este constanta electrică care determină rezistența câmpului electric din interiorul vidului.

Condensatorul electrolitic diferă de toate celelalte prin faptul că folosește un strat de electrolit care umple spațiul dintre cele două plăci, cel mai adesea format din plăci de folie. Mai mult, unul dintre ele este acoperit cu un mic strat dielectric din peliculă de oxid.

Benzile din folie sunt pliate între ele, separate printr-un strat de hârtie foarte subțire înmuiat în electrolit. Valoarea sa de aproximativ 1 μm poate crește semnificativ capacitatea condensatorului. În formula de mai sus pentru determinarea C, grosimea stratului dielectric d este în numitor.

Stratul superior al foliei este acoperit cu hârtie de eliberare și întreaga structură este rulată pentru a fi plasată într-un corp cilindric.

La capetele foliei, plăcile metalice sunt sudate prin metode de sudare la rece, asigurând contacte pentru conectarea la circuitul electric sub formă de catod și anod. Mai mult, pe placă se formează o concluzie pozitivă cu stratul de oxid.

Catodul joacă rolul unui electrolit care contactează întreaga suprafață a celei de-a doua plăci.

Deoarece capacitatea condensatorului depinde de zona plăcilor, una dintre modalitățile de creștere a acestuia este inclusă în tehnologia de producție - aceasta este ondularea suprafeței prin electrolit prin gravură chimică. Poate fi efectuată datorită eroziunii chimice sau coroziunii electrochimice.

Electroliții lichizi sunt capabili să curgă în mod fiabil în adâncimile microscopice create ale anodului.

În timpul oxidării electrice este creat un strat de oxid pe folie. Acest proces are loc atunci când curentul curge prin electrolit. Imaginea de mai jos prezintă caracteristica de tensiune curentă, care arată schimbarea curenților din interiorul dispozitivului cu o tensiune în creștere.

Condensatorul funcționează normal la tensiune și temperatură nominală. Dacă apare o supratensiune, formarea stratului de oxid se reia și începe să se genereze o cantitate mare de căldură, ceea ce duce la formarea gazelor și la creșterea presiunii în interiorul incintei sigilate.

Prin urmare, condensatoarele electrolitice sunt capabile să explodeze, ceea ce s-a întâmplat adesea cu construcții vechi din vremurile URSS, care au fost realizate într-un singur caz, fără a crea protecție împotriva exploziei. Această proprietate a dus adesea la deteriorarea altor elemente din echipamentele vecine.

Modelele moderne creează o membrană protectoare, care este distrusă la începutul formării gazelor și acest lucru previne o explozie. Se realizează sub formă de crestături a literelor „T”, „Y” sau a semnului „+”.

Tipuri de condensatoare electrolitice

Prin designul lor, „electroliții” se referă la dispozitivele polare, adică trebuie să funcționeze atunci când curentul curge într-o singură direcție. Prin urmare, acestea sunt utilizate în circuite de tensiune continuă sau ondulare, ținând cont de direcția de trecere a sarcinilor electrice.

Pentru a funcționa în circuite de curent sinusoidal, s-au creat „electroliți nepolari”. Datorită elementelor suplimentare din proiectare, cu o capacitate egală, au dimensiuni crescute și, în consecință, costuri.

Electrolitul dintre plăci poate fi utilizat soluții concentrate din diverse alcaline sau acizi. Conform metodei de umplere a acestora, condensatorii sunt împărțiți în:

• lichid;

• uscat;

• oxid de metal;

• oxid de semiconductor.

Ca material al anodului, se poate selecta o folie de aluminiu, tantal, niobiu sau pulbere sinterizată. Pentru condensatoarele cu semiconductor de oxid, catodul este un strat semiconductor depus direct pe stratul de oxid.

Caracteristici operaționale

Capacitatea electroliților de a emite gaze în timpul încălzirii impune necesitatea unui condensator care să asigure fiabilitatea pentru a crea o marjă de tensiune nominală de până la 0,5 ÷ 0,6 din valoarea sa. Acest lucru este valabil mai ales în cazul dispozitivelor cu temperaturi ridicate.

Pentru condensatoarele proiectate pentru funcționarea în circuitele de tensiune alternativă, este specificată frecvența de funcționare. De obicei este de 50 hertzi. Pentru a lucra cu semnale de frecvență mai mare, este necesară reducerea tensiunii de funcționare. În caz contrar, dielectricul se va supraîncălzi și rupe, rupe carcasa.

Electroliții cu o capacitate mare și curenți scurți de scurgere sunt capabili să depoziteze pe termen lung sarcina acumulată. Din motive de siguranță, pentru a accelera descărcarea lor, în paralel cu bornele este conectată o rezistență cu o rezistență de 1 MΩ și o putere de 0,5 W.

Pentru utilizare la dispozitivele de înaltă tensiune, se utilizează condensatoarele asamblate în circuite în serie. Pentru a egaliza tensiunea între ele, rezistențele cu o valoare nominală de 0,2 până la 1 MΩ sunt conectate în paralel cu bornele fiecăreia.

Dacă este necesar să folosiți condensatoare electrolitice polare în circuite de tensiune alternativă, este asamblat un circuit în care curentul prin fiecare element trece doar într-o singură direcție. Pentru această utilizare diode și rezistența de limitare a curentului.

Astfel de scheme au fost montate anterior pentru a roti faza curentului în raport cu tensiunea la pornirea motoarelor electrice asincrone trifazate puternice dintr-o rețea monofazată. Acum această problemă își pierde deja relevanța.

Absența unei rezistențe de limitare a curentului într-un astfel de circuit duce la supraîncălzirea stratului dielectric și la defectarea condensatorului electrolitic.

Electrolitul lichid se usucă în timp prin defecte din carcasă. Datorită acestui fapt, capacitatea este redusă treptat. În timp, atinge o valoare critică. Un condensator electrolitic care a căzut din funcționare cauzează adesea o defecțiune a dispozitivului electric.

Defecțiuni ale condensatorului din cauza încălcării ESR cu rezistență echivalentă

Condensatoarele electrolitice au o altă caracteristică tehnică care îi afectează performanțele în timpul funcționării. În timp, condensatorul scade treptat conductivitatea electrică între plăci și terminale datorită proceselor electrice interne care se produc constant. Valoarea sa este estimată prin rezistența activă echivalentă, indicată de indicele ESR. În rusă, ei numesc EPS: rezistență în serie echivalentă.

Această caracteristică parazitară care apare nu afectează funcționarea electroliților în circuite cu o frecvență de până la 50 hertzi, folosind înfășurarea de ieșire a transformatorului, rectificarea diodei și un condensator pentru a netezi pulsările. Dar, în dispozitivele care folosesc semnale de înaltă frecvență în interiorul surselor de alimentare cu comutare, o astfel de rezistență activă în serie în capacitate nu mai permite circuitului să funcționeze.

Un condensator cu ERS crescut nu diferă în aparență de unul funcțional. Doar că rezistența sa activă crește cu mai mult de un Ohm și poate ajunge până la 10 Ohmi.

Metode de determinare

Industria produce instrumente care permit măsurarea acestei valori pe baza unui prototip inventat în Rusia în anii 60. Acestea vă permit să luați măsurători fără a evapora condensatoarele din circuit, lucrați pe principiul contoarelor de rezistență a podului pentru curent alternativ.

Meșterii își creează propriile modele simplificate care ne permit să evaluăm sănătatea condensatorului prin acest parametru pe baza determinării rezistenței active care depășește 1 Ohm. Ca un indicator similar, puteți asambla un dispozitiv simplu, prezentat în diagramă.

O baterie obișnuită de tip deget este utilizată pentru a o alimenta. LED-ul indică caracterul adecvat al condensatorului electric prin parametrul ERS prin compararea semnalelor de înaltă frecvență a transformatorului toroidal provenind de la condensator și circuitul oscilant generat.

Imaginea aceleiași scheme într-o formă oarecum simplificată este prezentată mai jos.

Condensatorul de testare este conectat la o înfășurare făcută într-o singură rundă pe un transformator al unui miez ferromagnetic cu o permeabilitate magnetică de ordinul 800 ÷ 1000. Tensiunea de la această înfășurare nu depășește 200 de milivoliți, astfel încât puteți evalua caracteristicile electrolitului fără a se lipi de la placă.

Un astfel de indicator nu necesită setări speciale. Este suficient să verificați strălucirea LED-ului pe rezistența de control a unui ohm și să o navigați în măsurători viitoare. Tranzistorul poate fi folosit de oricine cu un curent de colector de 100 mA și un câștig de peste 50.

O astfel de sondă nu va funcționa exact cu condensatoarele care au o capacitate mai mică de 100 μF.

Ionistor - supercapacitor

Un fel de condensator cu un electrolit care asigură fluxul proceselor electrochimice este ionistor. Utilizează efectul unui dublu strat electric care apare atunci când materialul de căptușeală vine în contact cu electrolitul și combină funcțiile unui condensator cu o sursă de curent chimic.

Designul său este prezentat în imagine.

Aici, grosimea stratului dublu format este foarte mică. Acest lucru vă permite să creșteți semnificativ capacitatea ionistorului. De asemenea, este mai ușor pentru acești condensatori să crească aria suprafeței de contact a plăcilor. Sunt fabricate din materiale poroase, de exemplu, carbon activat, metale spumante.

Capacitatea ionistorului poate atinge mai multe farad-uri cu o tensiune pe plăci de până la 10 volți. Îl recrutează într-un timp scurt și apoi îl salvează în mod fiabil. Prin urmare, aceste modele sunt utilizate pentru a face backup la diverse surse de alimentare.

Condițiile de funcționare afectează foarte mult durata stării operaționale a ionistorului. Dacă temperatura de funcționare nu depășește 40 de grade, iar tensiunea este de 60% din valoarea nominală, atunci resursa poate fi mai mare de 40.000 de ore.

Este necesară doar creșterea încălzirii la 70 de grade, iar tensiunea - până la 80%, deoarece durata bateriei este redusă la 500 de ore. Ioniștii găsesc o mare varietate de aplicații în viața de zi cu zi. Lucrează în seturi de panouri solare, echipamente radio auto, automatizare inteligentă la domiciliu.

Producătorul auto sud-coreean Hyundai Motor Company lucrează la producția de autobuze electrice alimentate de ionistori. Încărcarea lor este planificată să fie efectuată în timpul scurtelor opriri pe ruta de mișcare.

La baza sa, acest tip de transport înlocuiește complet troleibuzul, ceea ce exclude întreaga rețea de cablu de contact de la locul de muncă.