1. Condensatoare electrolitice
Condensatoarele electrolitice sunt condensatoare formate prin stratul de oxidare de pe electrod prin acțiunea electrolitului ca strat izolator, care are de obicei o capacitate mare. Electrolitul este un material lichid, gelatinos, bogat în ioni, iar majoritatea condensatoarelor electrolitice sunt polare, adică, atunci când funcționează, tensiunea electrodului pozitiv al condensatorului trebuie să fie întotdeauna mai mare decât tensiunea negativă.
Capacitatea mare a condensatoarelor electrolitice este, de asemenea, sacrificată pentru multe alte caracteristici, cum ar fi un curent de scurgere mare, o inductanță și o rezistență serie echivalentă mari, o eroare de toleranță mare și o durată de viață scurtă.
Pe lângă condensatoarele electrolitice polare, există și condensatoare electrolitice nepolare. În figura de mai jos, există două tipuri de condensatoare electrolitice de 1000uF, 16V. Printre acestea, cel mai mare este nepolar, iar cel mai mic este polar.
(Condensatoare electrolitice nepolare și polare)
Interiorul condensatorului electrolitic poate fi un electrolit lichid sau un polimer solid, iar materialul electrodului este de obicei aluminiu (aluminiu) sau tantal (tandalum). Următoarea este o structură interioară obișnuită a unui condensator electrolitic polar din aluminiu, între cele două straturi de electrozi există un strat de hârtie fibroasă îmbibată în electrolit, plus un strat de hârtie izolatoare transformată într-un cilindru, sigilat în carcasa de aluminiu.
(Structura internă a condensatorului electrolitic)
Prin disecția condensatorului electrolitic, se poate observa clar structura sa de bază. Pentru a preveni evaporarea și scurgerea electrolitului, pinul condensatorului este fixat cu un sigiliu de cauciuc.
Desigur, figura arată și diferența de volum intern dintre condensatoarele electrolitice polare și cele nepolare. La aceeași capacitate și nivel de tensiune, condensatorul electrolitic nepolar este de aproximativ două ori mai mare decât cel polar.
(Structura internă a condensatoarelor electrolitice nepolare și polare)
Această diferență provine în principal din diferența mare de suprafață a electrozilor din interiorul celor două condensatoare. Electrodul condensatorului nepolar este în stânga, iar electrodul polar este în dreapta. Pe lângă diferența de suprafață, grosimea celor doi electrozi este, de asemenea, diferită, iar grosimea electrodului condensatorului polar este mai subțire.
(Foaie de aluminiu pentru condensator electrolitic de diferite lățimi)
2. Explozie condensator
Când tensiunea aplicată de condensator depășește tensiunea sa de rezistență sau când polaritatea tensiunii condensatorului electrolitic polar este inversată, curentul de scurgere al condensatorului va crește brusc, rezultând o creștere a căldurii interne a condensatorului, iar electrolitul va produce o cantitate mare de gaz.
Pentru a preveni explozia condensatorului, există trei caneluri presate pe partea superioară a carcasei condensatorului, astfel încât partea superioară a condensatorului să fie ușor de rupt sub presiune ridicată și să elibereze presiunea internă.
(Rezervor de sablare în partea superioară a condensatorului electrolitic)
Cu toate acestea, unele condensatoare în procesul de producție, presarea canelurii superioare nu este calificată, presiunea din interiorul condensatorului va face ca etanșarea de cauciuc din partea inferioară a condensatorului să fie ejectată, în acest moment presiunea din interiorul condensatorului este eliberată brusc, formând o explozie.
1, explozie a unui condensator electrolitic nepolar
Figura de mai jos prezintă un condensator electrolitic nepolar, cu o capacitate de 1000uF și o tensiune de 16V. După ce tensiunea aplicată depășește 18V, curentul de scurgere crește brusc, iar temperatura și presiunea din interiorul condensatorului cresc. În cele din urmă, garnitura de cauciuc din partea inferioară a condensatorului se deschide, iar electrozii interni se sparg ca floricelele de porumb.
(descărcare prin supratensiune a condensatorului electrolitic nepolar)
Prin conectarea unui termocuplu la un condensator, este posibil să se măsoare procesul prin care temperatura condensatorului se modifică pe măsură ce tensiunea aplicată crește. Figura următoare prezintă un condensator nepolar în procesul de creștere a tensiunii; atunci când tensiunea aplicată depășește valoarea tensiunii de rezistență, temperatura internă continuă să crească.
(Relația dintre tensiune și temperatură)
Figura de mai jos prezintă modificarea curentului care trece prin condensator în timpul aceluiași proces. Se poate observa că creșterea curentului este principalul motiv pentru creșterea temperaturii interne. În acest proces, tensiunea crește liniar, iar pe măsură ce curentul crește brusc, grupul de alimentare face ca tensiunea să scadă. În cele din urmă, când curentul depășește 6A, condensatorul explodează cu un bubuit puternic.
(Relația dintre tensiune și curent)
Datorită volumului intern mare al condensatorului electrolitic nepolar și a cantității de electrolit, presiunea generată după revărsare este imensă, ceea ce duce la faptul că rezervorul de suprapresiune din partea superioară a carcasei nu se sparge, iar cauciucul de etanșare din partea inferioară a condensatorului este deschis.
2, explozie a condensatorului electrolitic polar
În cazul condensatoarelor electrolitice polare, se aplică o tensiune. Când tensiunea depășește tensiunea de rezistență a condensatorului, curentul de scurgere va crește brusc, provocând supraîncălzirea și explozia condensatorului.
Figura de mai jos prezintă condensatorul electrolitic limitator, care are o capacitate de 1000uF și o tensiune de 16V. După supratensiune, procesul de presiune internă este eliberat prin rezervorul de suprapresiune superior, astfel încât procesul de explozie a condensatorului este evitat.
Următoarea figură arată cum se modifică temperatura condensatorului odată cu creșterea tensiunii aplicate. Pe măsură ce tensiunea se apropie treptat de tensiunea de rezistență a condensatorului, curentul rezidual al condensatorului crește, iar temperatura internă continuă să crească.
(Relația dintre tensiune și temperatură)
Următoarea figură prezintă modificarea curentului de scurgere al condensatorului, condensatorul electrolitic nominal de 16V, în procesul de testare, când tensiunea depășește 15V, scurgerea condensatorului începe să crească brusc.
(Relația dintre tensiune și curent)
Prin procesul experimental al primelor două condensatoare electrolitice, se poate observa și limita de tensiune a unor astfel de condensatoare electrolitice obișnuite de 1000uF. Pentru a evita defectarea condensatorului la înaltă tensiune, atunci când se utilizează condensatorul electrolitic, este necesar să se lase o marjă suficientă în funcție de fluctuațiile reale de tensiune.
3,condensatoare electrolitice în serie
Acolo unde este cazul, o capacitate mai mare și o tensiune de rezistență mai mare la capacitate pot fi obținute prin conectare în paralel, respectiv în serie.
(floricele de porumb din condensator electrolitic după explozie de suprapresiune)
În unele aplicații, tensiunea aplicată condensatorului este tensiune alternativă, cum ar fi condensatoarele de cuplare ale difuzoarelor, compensarea fazei de curent alternativ, condensatoarele de schimbare a fazei motoarelor etc., necesitând utilizarea unor condensatoare electrolitice nepolare.
În manualul de utilizare furnizat de unii producători de condensatoare, se menționează și utilizarea condensatoarelor polare tradiționale în serie, adică două condensatoare în serie, dar cu polaritate opusă, pentru a obține efectul condensatoarelor nepolare.
(capacitate electrolitică după explozie de supratensiune)
Următoarea este o comparație a condensatorului polar în aplicarea tensiunii directe, tensiunii inverse, a două condensatoare electrolitice montate în serie, în trei cazuri de capacitate nepolară, curentul de scurgere se modifică odată cu creșterea tensiunii aplicate.
1. Tensiune directă și curent de scurgere
Curentul care trece prin condensator este măsurat prin conectarea în serie a unui rezistor. În intervalul de toleranță de tensiune al condensatorului electrolitic (1000uF, 16V), tensiunea aplicată este crescută treptat de la 0V pentru a măsura relația dintre curentul de scurgere corespunzător și tensiune.
(capacitate în serie pozitivă)
Următoarea figură prezintă relația dintre curentul de scurgere și tensiunea unui condensator electrolitic polar din aluminiu, care este o relație neliniară cu curentul de scurgere sub 0,5 mA.
(Relația dintre tensiune și curent după seria directă)
2, tensiune inversă și curent de scurgere
Folosind același curent pentru a măsura relația dintre tensiunea de direcție aplicată și curentul de scurgere al condensatorului electrolitic, se poate observa din figura de mai jos că atunci când tensiunea inversă aplicată depășește 4V, curentul de scurgere începe să crească rapid. Din panta curbei următoare, capacitatea electrolitică inversă este echivalentă cu o rezistență de 1 ohm.
(Relația inversă de tensiune dintre tensiune și curent)
3. Condensatoare serie spate în spate
Doi condensatori electrolitici identici (1000uF, 16V) sunt conectați în serie pentru a forma un condensator electrolitic echivalent nepolar, iar apoi se măsoară curba relației dintre tensiunea lor și curentul de scurgere.
(capacitate serie cu polaritate pozitivă și negativă)
Următoarea diagramă prezintă relația dintre tensiunea condensatorului și curentul de scurgere și puteți observa că curentul de scurgere crește după ce tensiunea aplicată depășește 4V, iar amplitudinea curentului este mai mică de 1,5mA.
Și această măsurătoare este puțin surprinzătoare, deoarece se vede că curentul de scurgere al acestor două condensatoare serie montate spate în spate este de fapt mai mare decât curentul de scurgere al unui singur condensator atunci când tensiunea este aplicată direct.
(Relația dintre tensiune și curent după serii pozitive și negative)
Totuși, din motive de timp, nu a existat un test repetat pentru acest fenomen. Probabil că unul dintre condensatoarele utilizate a fost condensatorul testului de tensiune inversă efectuat chiar acum și a existat o deteriorări în interior, așadar a fost generată curba de testare de mai sus.
Data publicării: 25 iulie 2023
