Condensateurs électrolytiques

En pratique, chaque électricien est confronté au travail d'adaptateurs, d'alimentations, de convertisseurs de tension. Dans tous ces appareils, les condensateurs électriques sont largement utilisés, souvent appelés «électrolytes» sur l'argot.

Leur principal avantage est la taille relativement grande de la capacité avec une taille relativement petite. De plus, leur production est établie depuis longtemps, et le coût est relativement faible.

Principes de l'appareil

Tout condensateur se compose de deux plaques dont l'espace est rempli d'un diélectrique.

La formule montrée sur l'image rappelle que la capacité C dépend de la surface de chaque plaque S, de la distance entre les plaques d et de la constante diélectrique du milieu à l'intérieur de celles-ci ε. La valeur ε0 est la constante électrique qui détermine la force du champ électrique à l'intérieur du vide.

Le condensateur électrolytique diffère de tous les autres en ce qu'il utilise une couche d'électrolyte qui remplit l'espace entre les deux plaques, le plus souvent en plaques d'aluminium. De plus, l'un d'eux est recouvert d'une petite couche diélectrique du film d'oxyde.

Les bandes d'aluminium sont pliées ensemble, séparées par un très mince bloc de papier imbibé d'électrolyte. Sa valeur d'environ 1 μm peut augmenter considérablement la capacité du condensateur. Dans la formule ci-dessus pour déterminer C, l'épaisseur de la couche diélectrique d est au dénominateur.

La couche supérieure de la feuille est recouverte de papier antiadhésif et toute la structure est enroulée pour être placée dans un corps cylindrique.

Aux extrémités de la feuille, les plaques métalliques sont soudées par des méthodes de soudage à froid, fournissant des contacts pour la connexion au circuit électrique comme cathode et anode. De plus, une conclusion positive se forme sur la plaque avec la couche d'oxyde.

La cathode joue le rôle d'un électrolyte qui entre en contact avec toute la surface de la deuxième plaque.

Étant donné que la capacité du condensateur dépend de la surface des plaques, l'une des façons de l'augmenter est incluse dans la technologie de production - il s'agit de l'ondulation de la surface par électrolyte par gravure chimique. Elle peut être réalisée en raison de l'érosion chimique ou de la corrosion électrochimique.

Les électrolytes liquides peuvent s'écouler de manière fiable dans les cavités microscopiques créées de l'anode.

Une couche d'oxyde sur la feuille est créée lors de l'oxydation électrique. Ce processus se produit lorsque le courant traverse l'électrolyte. L'image ci-dessous montre la caractéristique courant-tension, montrant la variation des courants à l'intérieur de l'appareil avec une tension croissante.

Le condensateur fonctionne normalement à la tension et à la température nominales. En cas de surtension, la formation de la couche d'oxyde reprend et une grande quantité de chaleur commence à être générée, ce qui conduit à la formation de gaz et à une augmentation de la pression à l'intérieur de l'enceinte étanche.

Par conséquent, les condensateurs électrolytiques sont capables d'exploser, ce qui arrivait souvent avec les vieilles constructions de l'époque de l'URSS, qui ont été réalisées dans un seul cas sans créer de protection contre les explosions. Cette propriété a souvent causé des dommages à d'autres éléments d'équipement voisins.

Les modèles modernes créent une membrane de protection, qui est détruite au début de la formation de gaz, ce qui empêche une explosion. Il est réalisé sous forme d'encoches des lettres "T", "Y" ou du signe "+".

Types de condensateurs électrolytiques

De par leur conception, les «électrolytes» se réfèrent aux dispositifs polaires, c'est-à-dire qu'ils doivent fonctionner lorsque le courant circule dans une seule direction. Par conséquent, ils sont utilisés dans des circuits de tension constante ou ondulée, en tenant compte du sens de passage des charges électriques.

Pour fonctionner dans des circuits de courant sinusoïdaux, des «électrolytes non polaires» ont été créés. En raison d'éléments supplémentaires dans la conception, à capacité égale, ils ont des dimensions et, par conséquent, un coût accrus.

L'électrolyte entre les plaques peut être utilisé des solutions concentrées de divers alcalis ou acides. Selon la méthode de leur remplissage, les condensateurs sont divisés en:

• liquide;

• sec

• oxyde métallique;

• oxyde semi-conducteur.

En tant que matériau de l'anode, une feuille d'aluminium, de tantale, de niobium ou de poudre frittée peut être sélectionnée. Pour les condensateurs semi-conducteurs à oxyde, la cathode est une couche semi-conductrice déposée directement sur la couche d'oxyde.

Caractéristiques opérationnelles

La capacité des électrolytes à émettre des gaz pendant le chauffage impose la nécessité d'un condensateur pour assurer la fiabilité afin de créer une marge de tension nominale jusqu'à 0,5 ÷ 0,6 de sa valeur. Cela est particulièrement vrai pour une utilisation dans des appareils avec des températures élevées.

Pour les condensateurs conçus pour fonctionner dans des circuits de tension alternative, la fréquence de fonctionnement est spécifiée. Il est généralement de 50 hertz. Pour travailler avec des signaux de fréquence plus élevée, il est nécessaire de réduire la tension de fonctionnement. Sinon, le diélectrique va surchauffer et se casser, rupture du boîtier.

Les électrolytes de grande capacité et à faible courant de fuite sont capables de stocker à long terme la charge accumulée. Pour des raisons de sécurité, afin d'accélérer leur décharge, une résistance d'une résistance de 1 MΩ et d'une puissance de 0,5 W est connectée en parallèle avec les bornes.

Pour une utilisation dans des dispositifs haute tension, des condensateurs assemblés en circuits série sont utilisés. Pour égaliser la tension entre elles, des résistances d'une valeur nominale de 0,2 à 1 MΩ sont connectées en parallèle aux bornes de chacune.

S'il est nécessaire d'utiliser des condensateurs électrolytiques polaires dans des circuits à tension alternative, un circuit est assemblé dans lequel le courant traversant chaque élément ne passe que dans une seule direction. Pour cette utilisation diodes et résistance de limitation de courant.

De tels circuits étaient auparavant assemblés pour faire tourner la phase du courant par rapport à la tension lors du démarrage de puissants moteurs électriques asynchrones triphasés à partir d'un réseau monophasé. Maintenant, cette question perd déjà son ancienne pertinence.

L'absence de résistance de limitation de courant dans une telle chaîne conduit à une surchauffe de la couche diélectrique et à la défaillance du condensateur électrolytique.

L'électrolyte liquide sèche avec le temps en raison de défauts dans le boîtier. De ce fait, la capacité est progressivement réduite. Au fil du temps, il atteint une valeur critique. Un condensateur électrolytique qui est tombé hors de son état de fonctionnement provoque le plus souvent une panne de l'appareil électrique.

Dysfonctionnements du condensateur dus à la violation de la résistance équivalente ESR

Les condensateurs électrolytiques ont une autre caractéristique technique qui affecte ses performances pendant le fonctionnement. Au fil du temps, le condensateur diminue progressivement la conductivité électrique entre les plaques et les bornes en raison des processus électriques internes qui se produisent constamment. Sa valeur est estimée par la résistance active équivalente, indiquée par l'indice ESR. En russe, ils appellent EPS: résistance série équivalente.

Cette caractéristique parasite qui en résulte n'affecte pas le fonctionnement des électrolytes dans les circuits avec une fréquence allant jusqu'à 50 hertz, en utilisant l'enroulement de sortie du transformateur, le redressement des diodes et un condensateur pour lisser les pulsations. Mais, dans les appareils utilisant des signaux haute fréquence à l'intérieur des alimentations à découpage, une telle résistance active ajoutée en série à la capacité ne permet plus au circuit de fonctionner.

Un condensateur avec une ERS accrue ne diffère pas en apparence d'un condensateur de travail. C'est juste que sa résistance active augmente de plus d'un Ohm et peut atteindre jusqu'à 10 Ohms.

Méthodes de détermination

L'industrie produit des instruments qui permettent de mesurer cette valeur sur la base d'un prototype inventé en Russie dans les années 60. Ils vous permettent de prendre des mesures sans évaporer les condensateurs du circuit, fonctionnent sur le principe des résistances de pont pour courant alternatif.

Les artisans créent leurs propres conceptions simplifiées qui nous permettent d'évaluer la santé du condensateur par ce paramètre basé sur la détermination de la résistance active dépassant 1 Ohm. Comme indicateur similaire, vous pouvez assembler un appareil simple, illustré dans le diagramme.

Une batterie ordinaire de type doigt est utilisée pour l'alimenter. La LED indique la pertinence du condensateur électrique par le paramètre ERS en comparant les signaux haute fréquence sur le transformateur toroïdal provenant du condensateur et du circuit oscillant généré.

L'image du même schéma sous une forme quelque peu simplifiée est présentée ci-dessous.

Le condensateur de test est connecté à un enroulement réalisé en un tour sur un transformateur d'un noyau ferromagnétique avec une perméabilité magnétique de l'ordre de 800 ÷ 1000. La tension sur cet enroulement ne dépasse pas 200 millivolts, vous pouvez donc évaluer les caractéristiques de l'électrolyte sans soudure de la carte.

Un tel indicateur ne nécessite pas de réglages spéciaux. Il suffit de vérifier la lueur de la LED sur la résistance de contrôle d'un ohm et de la naviguer dans les mesures futures. Le transistor peut être utilisé par toute personne ayant un courant de collecteur de 100 mA et un gain supérieur à 50.

Une telle sonde ne fonctionnera pas avec précision avec des condensateurs ayant une capacité inférieure à 100 μF.

Ionistor - supercondensateur

Une sorte de condensateur avec un électrolyte qui fournit le flux des processus électrochimiques est ionistor. Il utilise l'effet d'une double couche électrique qui se produit lorsque le matériau de revêtement entre en contact avec l'électrolyte et combine les fonctions d'un condensateur avec une source de courant chimique.

Son design est montré dans l'image.

Ici, l'épaisseur de la double couche formée est très faible. Cela vous permet d'augmenter considérablement la capacité de l'ionistor. De plus, il est plus facile pour ces condensateurs d'augmenter la surface de la surface de contact des plaques. Ils sont fabriqués à partir de matériaux poreux, par exemple du charbon actif, des métaux moussés.

La capacité de l'ionistor peut atteindre plusieurs farads avec une tension sur les plaques jusqu'à 10 volts. Il le recrute en peu de temps puis l'enregistre de manière fiable. Par conséquent, ces modèles sont utilisés pour sauvegarder diverses alimentations.

Les conditions de fonctionnement affectent considérablement la durée de l'état de fonctionnement de l'ionistor. Si la température de fonctionnement ne dépasse pas 40 degrés et que la tension est de 60% de la valeur nominale, la ressource peut être supérieure à 40 000 heures.

Il est seulement nécessaire d'augmenter son chauffage à 70 degrés et la tension - jusqu'à 80%, car la durée de vie de la batterie est réduite à 500 heures. Les ionistes trouvent une grande variété d'applications dans la vie quotidienne. Ils travaillent dans des ensembles de panneaux solaires, d'équipements d'autoradio, domotique intelligente.

Le constructeur automobile sud-coréen Hyundai Motor Company travaille à la production de bus électriques propulsés par des ionistors. Leur charge devrait être effectuée lors de courts arrêts sur l'itinéraire de circulation.

À la base, ce type de transport remplace complètement le trolleybus, ce qui exclut tout le réseau de fils de contact du travail.