1. Електролитни кондензатори
Електролитните кондензатори са кондензатори, образувани от окислителния слой върху електрода под действието на електролита като изолационен слой, който обикновено има голям капацитет. Електролитът е течен, желеобразен материал, богат на йони, и повечето електролитни кондензатори са полярни, т.е. при работа напрежението на положителния електрод на кондензатора трябва винаги да е по-високо от отрицателното напрежение.
Високият капацитет на електролитните кондензатори се жертва и за много други характеристики, като например голям ток на утечка, голяма еквивалентна последователна индуктивност и съпротивление, голяма грешка на толеранс и кратък живот.
В допълнение към полярните електролитни кондензатори, има и неполярни електролитни кондензатори. На фигурата по-долу са показани два вида електролитни кондензатори от 1000uF, 16V. Сред тях по-големият е неполярни, а по-малкият е полярни.
(Неполярни и полярни електролитни кондензатори)
Вътрешността на електролитния кондензатор може да бъде течен електролит или твърд полимер, а материалът на електрода обикновено е алуминий (алуминий) или тантал (тандал). Следното е често срещан полярен алуминиев електролитен кондензатор вътре в структурата, между двата слоя електроди има слой от влакнеста хартия, напоена с електролит, плюс слой изолационна хартия, превърната в цилиндър, запечатан в алуминиевата обвивка.
(Вътрешна структура на електролитен кондензатор)
При разчленяване на електролитния кондензатор, основната му структура може да се види ясно. За да се предотврати изпаряването и изтичането на електролита, щифтовата част на кондензатора е фиксирана с уплътнителна гума.
Разбира се, фигурата показва и разликата във вътрешния обем между полярните и неполярните електролитни кондензатори. При същия капацитет и ниво на напрежение, неполярният електролитен кондензатор е около два пъти по-голям от полярния.
(Вътрешна структура на неполярни и полярни електролитни кондензатори)
Тази разлика произтича главно от голямата разлика в площта на електродите вътре в двата кондензатора. Неполярният кондензаторен електрод е отляво, а полярният електрод е отдясно. В допълнение към разликата в площта, дебелината на двата електрода също е различна, а дебелината на полярния кондензаторен електрод е по-тънка.
(Алуминиев лист от електролитен кондензатор с различна ширина)
2. Експлозия на кондензатор
Когато напрежението, приложено от кондензатора, надвиши неговото издържащо напрежение или когато полярността на напрежението на полярния електролитен кондензатор е обърната, токът на утечка на кондензатора ще се увеличи рязко, което ще доведе до увеличаване на вътрешната топлина на кондензатора и електролитът ще произведе голямо количество газ.
За да се предотврати експлозия на кондензатор, в горната част на корпуса на кондензатора има три жлеба, притиснати отгоре, така че горната част на кондензатора лесно се счупва под високо налягане и освобождава вътрешното налягане.
(Резервоар за взривяване в горната част на електролитния кондензатор)
Въпреки това, при някои кондензатори, по време на производствения процес, горният жлеб на натиск не е квалифициран, което води до изхвърляне на гуменото уплътнение в долната част на кондензатора поради налягането вътре в кондензатора, което внезапно освобождава налягането и причинява експлозия.
1, експлозия на неполярен електролитен кондензатор
Фигурата по-долу показва неполярен електролитен кондензатор с капацитет 1000uF и напрежение 16V. След като приложеното напрежение надвиши 18V, токът на утечка внезапно се увеличава, а температурата и налягането вътре в кондензатора се увеличават. В крайна сметка гуменото уплътнение в долната част на кондензатора се пука и вътрешните електроди се разбиват като пуканки.
(пренапрежение на взривяване на неполярен електролитен кондензатор)
Чрез свързване на термодвойка към кондензатор е възможно да се измери процесът, чрез който температурата на кондензатора се променя с увеличаване на приложеното напрежение. Следващата фигура показва неполярен кондензатор в процеса на повишаване на напрежението. Когато приложеното напрежение надвиши стойността на издържащото напрежение, вътрешната температура продължава да се повишава.
(Връзка между напрежение и температура)
Фигурата по-долу показва промяната в тока, протичащ през кондензатора по време на същия процес. Вижда се, че увеличаването на тока е основната причина за повишаване на вътрешната температура. При този процес напрежението се увеличава линейно и с рязкото повишаване на тока, захранващата група намалява напрежението. Накрая, когато токът надвиши 6A, кондензаторът експлодира със силен трясък.
(Връзка между напрежение и ток)
Поради големия вътрешен обем на неполярния електролитен кондензатор и количеството електролит, генерираното налягане след преливане е огромно, което води до това, че резервоарът за освобождаване на налягането в горната част на корпуса не се счупва, а уплътнителната гума в долната част на кондензатора се раздува.
2, експлозия на полярен електролитен кондензатор
При полярните електролитни кондензатори се прилага напрежение. Когато напрежението надвиши издържащото напрежение на кондензатора, токът на утечка също ще се увеличи рязко, което ще доведе до прегряване и експлозия на кондензатора.
Фигурата по-долу показва ограничителния електролитен кондензатор с капацитет 1000uF и напрежение 16V. След пренапрежение, вътрешното налягане се освобождава през горния резервоар за освобождаване на налягането, като по този начин се избягва процесът на експлозия на кондензатора.
Следната фигура показва как се променя температурата на кондензатора с увеличаване на приложеното напрежение. С постепенното приближаване на напрежението, което кондензаторът издържа, остатъчният ток на кондензатора се увеличава и вътрешната температура продължава да се покачва.
(Връзка между напрежение и температура)
Следната фигура показва промяната на тока на утечка на кондензатора, номиналния 16V електролитен кондензатор, по време на тестовия процес. Когато напрежението надвиши 15V, утечката на кондензатора започва рязко да се увеличава.
(Връзка между напрежение и ток)
Чрез експерименталния процес на първите два електролитни кондензатора може да се види и ограничението на напрежението на обикновените електролитни кондензатори от 1000uF. За да се избегне високоволтово пробиване на кондензатора, при използване на електролитен кондензатор е необходимо да се остави достатъчен запас според действителните колебания на напрежението.
3,електролитни кондензатори, свързани последователно
Където е уместно, по-голям капацитет и по-голямо издържащо напрежение на капацитета могат да се получат съответно чрез паралелно и серийно свързване.
(пуканки от електролитен кондензатор след експлозия с преналягане)
В някои приложения напрежението, приложено към кондензатора, е променливо напрежение, като например свързващи кондензатори на високоговорители, компенсация на фазите на променлив ток, кондензатори за фазово изместване на двигатели и др., което изисква използването на неполярни електролитни кондензатори.
В ръководството за потребителя, предоставено от някои производители на кондензатори, също така се посочва, че традиционните полярни кондензатори се свързват последователно, т.е. два кондензатора са свързани последователно, но с обратна полярност, за да се получи ефектът на неполярните кондензатори.
(електролитен капацитет след експлозия на пренапрежение)
Следва сравнение на полярния кондензатор при прилагане на директно напрежение, обратно напрежение, два електролитни кондензатора, свързани последователно, в три случая на неполярен капацитет, като токът на утечка се променя с увеличаване на приложеното напрежение.
1. Напрежение в права посока и ток на утечка
Токът, протичащ през кондензатора, се измерва чрез последователно свързване на резистор. В рамките на допустимото напрежение на електролитния кондензатор (1000uF, 16V), приложеното напрежение постепенно се увеличава от 0V, за да се измери връзката между съответния ток на утечка и напрежението.
(положителен последователен капацитет)
Следната фигура показва връзката между тока на утечка и напрежението на полярен алуминиев електролитен кондензатор, която е нелинейна връзка с ток на утечка под 0,5 mA.
(Връзката между напрежението и тока след последователното свързване в права посока)
2, обратно напрежение и ток на утечка
Използвайки същия ток за измерване на връзката между приложеното напрежение в посока и тока на утечка на електролитния кондензатор, от фигурата по-долу може да се види, че когато приложеното обратно напрежение надвиши 4V, токът на утечка започва да се увеличава бързо. От наклона на следващата крива, обратният електролитен капацитет е еквивалентен на съпротивление от 1 ом.
(Връзка между напрежение и ток в обратна посока)
3. Кондензатори, свързани последователно „гръб до гръб“
Два еднакви електролитни кондензатора (1000uF, 16V) са свързани последователно един до друг, за да образуват неполярен еквивалентен електролитен кондензатор, след което се измерва кривата на зависимостта между тяхното напрежение и ток на утечка.
(последователен капацитет с положителна и отрицателна полярност)
Следната диаграма показва връзката между напрежението на кондензатора и тока на утечка и можете да видите, че токът на утечка се увеличава, след като приложеното напрежение надвиши 4V, а амплитудата на тока е по-малка от 1,5mA.
И това измерване е малко изненадващо, защото виждате, че токът на утечка на тези два кондензатора, свързани последователно, всъщност е по-голям от тока на утечка на един кондензатор, когато напрежението е приложено директно.
(Връзката между напрежението и тока след положителна и отрицателна последователност)
Поради липса на време обаче, не е проведен повторен тест за това явление. Възможно е един от използваните кондензатори да е бил този от теста за обратно напрежение току-що и да е имало повреда вътре, затова е генерирана горната тестова крива.
Време на публикуване: 25 юли 2023 г.
