Електролитички кондензатори

У пракси се сваки електричар суочава са радом адаптера, напајања, претварача напона. У свим тим уређајима се широко користе електрични кондензатори који се на сленгу често називају „електролити“.

Њихова главна предност је релативно велика величина капацитета са релативно малом величином. Поред тога, њихова производња је одавно успостављена, а трошкови су релативно ниски.

Принципи уређаја

Било који кондензатор састоји се од две плоче, међу којима је простор испуњен диелектриком.

Формула приказана на слици подсећа да капацитет Ц зависи од површине сваке плоче С, удаљености између плоча д и диелектричне константе медија унутар њих ε. Вредност ε0 је електрична константа која одређује јачину електричног поља унутар вакуума.

Електролитички кондензатор се од свих осталих разликује по томе што користи слој електролита који испуњава простор између две плоче, најчешће направљен од фолијских плоча. Штавише, један од њих је прекривен малим диелектричним слојем оксидног филма.

Фолије траке су савијене заједно, раздвојене врло танким папирним подлошком натопљеним у електролиту. Његова вредност од око 1 µм може значајно повећати капацитет кондензатора. У горњој формули за одређивање Ц дебљина диелектричног слоја д је у називнику.

Горњи слој фолије прекривен је папиром за отпуштање, а цела конструкција је намотана за постављање у цилиндрично тело.

На крајевима фолије металне плоче су заварене методама хладног заваривања, које пружају контакте за спајање на електрични круг као катоде и аноде. Штавише, на плочи се ствара позитивни закључак са оксидним слојем.

Катода игра улогу електролита који контактира цијелу површину друге плоче.

Пошто капацитет кондензатора зависи од површине плоча, један од начина да се повећа је укључен у технологију производње - то је ваљање површине електролитом хемијским јеткањем. Може се извести услед хемијске ерозије или електрохемијске корозије.

Течни електролити могу поуздано да се уливају у створена микроскопска удубљења аноде.

Током електричне оксидације ствара се оксидни слој на фолији. До овог процеса долази када струја тече кроз електролит. На слици испод приказана је карактеристика напона струје, која приказује промену струје унутар уређаја са повећањем напона.

Кондензатор нормално ради при називном напону и температури. Ако дође до пренапона, настаје оксидни слој и почиње се стварати велика количина топлоте, што доводи до стварања гаса и повећања притиска у затвореном кућишту.

Стога су електролитички кондензатори способни да експлодирају, што се често дешавало са старим конструкцијама из времена СССР-а, а које су изведене у једном случају без стварања заштите од експлозије. Ова некретнина је често доводила до оштећења других, суседних елемената опреме.

Савремени модели стварају заштитну мембрану која се уништава на почетку стварања гаса и тиме спречава експлозију. Израђен је у облику зареза слова "Т", "И" или знака "+".

Врсте електролитских кондензатора

По свом дизајну, „електролити“ се односе на поларне уређаје, односно морају радити када струја тече само у једном правцу. Стога се користе у једносмерним или валовитим напонским круговима, узимајући у обзир правац проласка електричних набоја.

За рад у синусним струјним круговима створени су „неполарни електролити“. Због додатних елемената у дизајну, с једнаким капацитетом, имају повећане димензије и, сходно томе, трошкове.

Електролит између плоча може да користи концентроване растворе разних алкалија или киселина. Према начину пуњења кондензатори се деле на:

• течност;

• сува

• оксидни метал;

• полуводички оксид.

Као материјал аноде може се одабрати фолија од алуминијума, тантала, ниобија или синтраног праха. За оксидне полуводичке кондензаторе, катода је полутроводнички слој нанесен директно на оксидни слој.

Оперативне карактеристике

Способност електролита да емитује гасове током загревања диктира потребу за кондензатором како би се обезбедила поузданост за креирање маргине на називни напон до 0,5 ÷ 0,6 његове вредности. Ово се посебно односи на уређаје са повишеним температурама.

За кондензаторе дизајниране за рад у круговима са изменичним напоном одређује се радна фреквенција. Обично је то 50 херца. За рад са сигналима високе фреквенције потребно је смањити радни напон. У супротном, диелектриц ће се прегревати и покварити, руптура кућишта.

Електролити великог капацитета и мале струје цурења могу дугорочно чувати нагомилани набој. Да би се убрзало њихово пражњење, из безбедносних разлога паралелно са прикључцима прикључује се отпорник отпорности 1 МΩ и снаге 0,5 В.

За употребу у високонапонским уређајима користе се кондензатори састављени у серијским круговима. Да би се напон између њих изједначио, отпорници номиналне вредности од 0,2 до 1 МΩ су спојени паралелно са терминалима сваког од њих.

Ако је потребно користити поларне електролитске кондензаторе у наизменичним напонским круговима, саставља се круг у коме струја кроз сваки елемент пролази само у једном правцу. За ову употребу диоде и струјни ограничавајући отпорник.

Такве шеме су раније састављене да ротирају фазу струје у односу на напон при покретању моћних трофазних асинхроних електромотора из једнофазне мреже. Сада ово питање већ губи своју важност.

Одсуство отпорника који ограничава струју у таквом кругу доводи до прегревања диелектричног слоја и квара електролитичког кондензатора.

Течни електролит се суши током времена због оштећења на кућишту. Због тога се капацитет постепено смањује. Временом достиже критичну вредност. Електролитички кондензатор који је испао из рада често изазива квар у електричном уређају.

Неисправност кондензатора услед кршења еквивалентне отпорности ЕСР

Електролитички кондензатори имају још једну техничку карактеристику која утиче на његове перформансе током рада. Временом кондензатор постепено смањује електричну проводљивост између плоча и терминала због стално насталих унутрашњих електричних процеса. Његова вредност процењује се еквивалентним активним отпором, који је означен ЕСР индексом. На руском језику зову ЕПС: еквивалентни серијски отпор.

Ова паразитска карактеристика не утиче на рад електролита у круговима фреквенције до 50 херца, користећи излазно навијање трансформатора, исправљање диода и кондензатор да изгладе пулсације. Али, у уређајима који користе високофреквентне сигнале унутар преклопних напајања, такав додавани активни отпор у серији капацитету више не дозвољава рад круга.

Кондензатор са повећаном ЕРС се по изгледу не разликује од радног. Само се његов активни отпор повећава за више од једног Охма и може достићи и до 10 Охма.

Методе одређивања

Индустрија производи инструменте који омогућују мерење ове вредности на основу прототипа пронађеног у Русији 60-их. Омогућују вам мјерење без испаравања кондензатора из круга, радите на принципу мјерача отпора моста наизменичну струју.

Занатлије стварају властите поједностављене дизајне који нам омогућавају да проценимо здравље кондензатора по овом параметру на основу одређивања активног отпора који прелази 1 Охм. Као сличан индикатор, можете саставити једноставан уређај, приказан на дијаграму.

За напајање се користи обична батерија. ЛЕД показује прикладност електричног кондензатора према ЕРС параметру упоређујући високофреквентне сигнале на тороидном трансформатору који долазе из кондензатора и генерисаног осцилирајућег круга.

Слика исте шеме у нешто поједностављеном облику је приказана доле.

Испитни кондензатор повезан је са намотом направљеним у једном окретају на трансформатору феромагнетског језгра са магнетном пропустљивошћу величине 800 ÷ 1000. Напон на овом намоту не прелази 200 миливолта, тако да можете проценити карактеристике електролита без лемљења са плоче.

Такав индикатор не захтева посебна подешавања. Сасвим је довољно да се провери сјај ЛЕД-а на контролном отпорнику од једног охма и усмери га у будућим мерењима. Транзистор може користити свако ко има колекторску струју од 100 мА и добитак већи од 50.

Таква сонда неће радити тачно са кондензаторима са капацитетом мањим од 100 μФ.

Ионистор - суперкапацитор

Нека врста кондензатора са електролитом који обезбеђује проток електрохемијских процеса ионистор. Користи ефекат двоструког електричног слоја који настаје када материјал облоге дође у контакт са електролитом и комбинује функције кондензатора са извором хемијске струје.

Дизајн је приказан на слици.

Овде је дебљина формираног двоструког слоја врло мала. Ово вам омогућава да значајно повећате капацитет ионистора. Такође је овим кондензаторима лакше повећати површину контактне површине плоча. Израђене су од порозних материјала, на пример, активног угља, пењених метала.

Капацитет ионистора може достићи неколико фарада напоном на плочама до 10 волти. Регрутује га за кратко време и потом поуздано штеди. Због тога се ови модели користе за израду резервних копија различитих напајања.

Радни услови у великој мери утичу на трајање радног стања иониста. Ако радна температура не прелази 40 степени, а напон је 60% од називног, тада ресурс може бити већи од 40.000 сати.

Потребно је само повећати његово загревање на 70 степени, а напон - до 80%, јер се век батерије смањује на 500 сати. Ионичари проналазе широк избор примене у свакодневном животу. Раде у сетовима соларних панела, опреме за ауторадио, паметна аутоматизација дома.

Јужнокорејски произвођач аутомобила Хиундаи Мотор Цомпани ради на производњи електричних аутобуса које покрећу ионистори. Планирано је да се њихово пуњење изврши током краћих заустављања на рути кретања.

У основи, ова врста превоза у потпуности замјењује тролејбус, што искључује цјелокупну мрежу контактних жица.