Elektrolytiska kondensatorer

I praktiken möter varje elektriker arbetet med adaptrar, strömförsörjning, spänningsomvandlare. I alla dessa enheter används elektriska kondensatorer i stor utsträckning, som ofta kallas ”elektrolyter” på slang.

Deras främsta fördel är den relativt stora storleken på kapacitansen med en relativt liten storlek. Dessutom har deras produktion länge varit etablerad och kostnaderna är relativt låga.

Enhetsprinciper

Varje kondensator består av två plattor vars utrymme är fylld med ett dielektrikum.

Formeln som visas på bilden påminner om att kapacitansen C beror på ytan för varje platta S, avståndet mellan plattorna d och dielektricitetskonstanten för mediet inuti dem ε. Värdet ε0 är den elektriska konstanten som bestämmer styrkan hos det elektriska fältet inuti vakuumet.

Den elektrolytiska kondensatorn skiljer sig från alla andra genom att den använder ett elektrolytlager som fyller utrymmet mellan de två plattorna, oftast tillverkade av folieplattor. Dessutom är en av dem täckt med ett litet dielektriskt lager av oxidfilmen.

Folieband viks ihop, separeras av en mycket tunn pappersdyna genomblöt i elektrolyt. Dess värde på cirka 1 μm kan öka kondensatorns kapacitet avsevärt. I ovanstående formel för att bestämma C ligger tjockleken på det dielektriska skiktet d i nämnaren.

Det övre skiktet på folien är belagt med släpppapper och hela strukturen rullas upp för placering i en cylindrisk kropp.

Vid foliens ändar svetsas metallplattor med kallsvetsmetoder, vilket ger kontakter för anslutning till den elektriska kretsen som en katod och anod. Dessutom bildas en positiv slutsats på plattan med oxidskiktet.

Katoden spelar rollen som en elektrolyt som kommer i kontakt med hela ytan på den andra plattan.

Eftersom kondensatorns kapacitet beror på plattorna är ett av sätten att öka det inkluderat i produktionstekniken - detta är korrugering av ytan med elektrolyt genom kemisk etsning. Det kan utföras på grund av kemisk erosion eller elektrokemisk korrosion.

Flytande elektrolyter kan flyta tillförlitligt in i de skapade mikroskopiska urtagen i anoden.

Ett oxidskikt på folien skapas under elektrisk oxidation. Denna process inträffar när ström flyter genom elektrolyten. Bilden nedan visar strömspänningskarakteristiken och visar förändringen i strömmar inuti enheten med ökande spänning.

Kondensatorn fungerar normalt vid nominell spänning och temperatur. Om överspänning inträffar återupptas bildningen av oxidskiktet och en stor mängd värme börjar genereras, vilket leder till gasbildning och en ökning av trycket inuti den förseglade höljet.

Därför kan elektrolytiska kondensatorer explodera, vilket ofta hände med gamla konstruktioner från Sovjetunionens tider, som utfördes i ett enda fall utan att skapa explosionsskydd. Denna egendom ledde ofta till skador på andra angränsande utrustningselement.

Moderna modeller skapar ett skyddande membran som förstörs i början av gasbildning och detta förhindrar en explosion. Den är gjord i form av skåror av bokstäverna "T", "Y" eller skylten "+".

Typer av elektrolytiska kondensatorer

Med sin design avser "elektrolyter" polära enheter, det vill säga att de måste fungera när strömmen endast flyter i en riktning. Därför används de i likströms- eller kretsspänningskretsar, med beaktande av riktningen för elektriska laddningar.

För att arbeta i sinusformade strömkretsar har "icke-polära elektrolyter" skapats. På grund av ytterligare element i designen, med lika stor kapacitet, har de ökade dimensioner och följaktligen kostnaden.

Elektrolyten mellan plattorna kan användas koncentrerade lösningar av olika alkalier eller syror. Enligt metoden för att fylla dem är kondensatorerna indelade i:

• vätska;

• torka;

• oxidmetall;

• halvledaroxid.

Som material i anoden kan en folie av aluminium, tantal, niob eller sintrad pulver väljas. För oxidhalvledarkondensatorer är katoden ett halvledarskikt avsatt direkt på oxidskiktet.

Operativa funktioner

Elektrolyternas förmåga att släppa ut gaser under uppvärmning dikterar behovet av en kondensator för att säkerställa tillförlitlighet för att skapa en marginal med märkspänning upp till 0,5 ÷ 0,6 av dess värde. Detta gäller särskilt för apparater med förhöjda temperaturer.

För kondensatorer som är konstruerade för drift i växelströmskretsar anges driftsfrekvensen. Vanligtvis är det 50 hertz. För att arbeta med högre frekvenssignaler är det nödvändigt att minska driftspänningen. Annars kommer dielektriken att överhettas och brytas ner, husets brott.

Elektrolyter med stor kapacitet och låg läckströmmar kan lagra den ackumulerade laddningen på lång sikt. För att påskynda deras urladdning är ett motstånd med en motstånd på 1 M of och en effekt på 0,5 W anslutet parallellt med terminalerna.

För användning i högspänningsanordningar används kondensatorer monterade i seriekretsar. För att utjämna spänningen mellan dem är motstånd med ett nominellt värde av 0,2 till 1 MΩ anslutna parallellt med terminalerna på var och en.

Om det är nödvändigt att använda polära elektrolytkondensatorer i växelspänningskretsar, är en krets monterad i vilken strömmen genom varje element endast passerar i en riktning. För detta bruk dioder och strömbegränsande motstånd.

Sådana kretsar har tidigare monterats för att rotera strömfasen i förhållande till spänningen när man startar kraftfulla trefas asynkrona elektriska motorer från ett enfasnät. Nu förlorar denna fråga redan sin tidigare relevans.

Frånvaron av ett strömbegränsande motstånd i en sådan krets leder till överhettning av det dielektriska skiktet och fel i den elektrolytiska kondensatorn.

Flytande elektrolyt torkar genom tiden genom defekter i huset. På grund av detta reduceras kapaciteten gradvis. Med tiden når det ett kritiskt värde. En elektrolytisk kondensator som har fallit ur drift orsakar ofta en elektrisk enhet.

Kondensatorfel på grund av brott mot motsvarande motstånd ESR

Elektrolytkondensatorer har en annan teknisk funktion som påverkar dess prestanda under drift. Med tiden minskar kondensatorn gradvis den elektriska ledningsförmågan mellan plattorna och plintarna på grund av de ständigt förekommande interna elektriska processerna. Dess värde uppskattas av motsvarande aktivt motstånd, vilket indikeras av ESR-index. På ryska kallar de EPS: motsvarande seriemotstånd.

Detta uppkomna parasitiska kännetecken påverkar inte driften av elektrolyter i kretsar med en frekvens av upp till 50 Hz, med användning av transformatorns utgångslindning, diodrätning och en kondensator för att jämna ut pulseringarna. Men i enheter som använder högfrekventa signaler inuti växelströmsförsörjning tillåter inte ett sådant extra aktivt motstånd i serie mot kapacitansen kretsen att fungera.

En kondensator med ökad ERS skiljer sig inte ut från en fungerande. Det är bara att dess aktiva motstånd ökar med mer än en Ohm och kan nå upp till 10 Ohm.

Bestämningsmetoder

Branschen producerar instrument som gör det möjligt att mäta detta värde på grundval av en prototyp som uppfanns i Ryssland på 60-talet. De låter dig göra mätningar utan att förånga kondensatorerna från kretsen, arbeta med principen om brytningsmätare för växelström.

Hantverkare skapar sina egna förenklade mönster som gör det möjligt för oss att utvärdera kondensatorns hälsa med denna parameter baserat på bestämningen av det aktiva motståndet som överstiger 1 Ohm. Som en liknande indikator kan du montera en enkel enhet som visas i diagrammet.

Ett vanligt batteri av fingertyp används för att driva det. Lysdioden indikerar den elektriska kondensatorns lämplighet med ERS-parametern genom att jämföra högfrekvenssignalerna på den toroidformade transformatorn som kommer från kondensatorn och den genererade oscillerande kretsen.

Bilden av samma schema i en något förenklad form visas nedan.

Testkondensatorn är ansluten till en lindning som görs i en sväng på en transformator av en ferromagnetisk kärna med en magnetisk permeabilitet i storleksordningen 800 ÷ 1000. Spänningen på denna lindning överstiger inte 200 millivolt, så du kan utvärdera egenskaperna hos elektrolyten utan lödning från kortet.

En sådan indikator kräver inga specialinställningar. Det räcker med att kontrollera lysdioden på en ohms styrmotstånd och navigera igenom den i ytterligare mätningar. Transistorn kan användas av vem som helst med en kollektorström på 100 mA och en förstärkning på mer än 50.

En sådan sond fungerar inte exakt med kondensatorer med en kapacitans på mindre än 100 μF.

Ionistor - superkondensator

En typ av kondensator med en elektrolyt som ger flödet av elektrokemiska processer är ionistor. Den använder effekten av ett dubbelt elektriskt lager som uppstår när fodermaterialet kommer i kontakt med elektrolyten och kombinerar funktionerna hos en kondensator med en kemisk strömkälla.

Dess design visas på bilden.

Här är tjockleken på det bildade dubbla skiktet mycket liten. Detta tillåter dig att öka kapaciteten hos jonistorn betydligt. Det är också lättare för dessa kondensatorer att öka ytan på plattans kontaktyta. De är tillverkade av porösa material, till exempel aktivt kol, skummetaller.

Jonistorns kapacitet kan nå flera farader med en spänning på plattorna upp till 10 volt. Han rekryterar det på kort tid och sparar det sedan pålitligt. Därför används dessa modeller för att säkerhetskopiera olika strömförsörjningar.

Driftsförhållanden påverkar starkt jonistorns driftstillstånd. Om driftstemperaturen inte överstiger 40 grader, och spänningen är 60% av den nominella, kan resursen vara mer än 40 000 timmar.

Det är bara nödvändigt att öka uppvärmningen till 70 grader, och spänningen - upp till 80%, eftersom batteriets livslängd reduceras till 500 timmar. Ionister hittar en mängd olika tillämpningar i vardagen. De arbetar i uppsättningar av solpaneler, bilradioutrustning, smart home automation.

Den sydkoreanska biltillverkaren Hyundai Motor Company arbetar med produktion av elbussar som drivs av jonistorer. Deras laddning planeras utföras under korta stopp på rörelsens väg.

I sin kärna ersätter denna typ av transport helt vagnbussen, vilket utesluter hela kontaktledningsnätet från arbete.