Elektrolītiskie kondensatori

Praksē katrs elektriķis saskaras ar adapteru, barošanas avotu, sprieguma pārveidotāju darbu. Visās šajās ierīcēs tiek plaši izmantoti elektriskie kondensatori, kurus slengā bieži sauc par “elektrolītiem”.

To galvenā priekšrocība ir salīdzinoši lielais kapacitātes lielums ar salīdzinoši mazu. Turklāt to ražošana ir jau sen izveidota, un izmaksas ir salīdzinoši zemas.

Ierīces principi

Jebkurš kondensators sastāv no divām plāksnēm, starp kurām telpa ir piepildīta ar dielektriku.

Attēlā parādītā formula atgādina, ka kapacitāte C ir atkarīga no katras plāksnes S laukuma, attāluma starp plāksnēm d un barotnes dielektriskās konstantes ε. Vērtība ε0 ir elektriskā konstante, kas nosaka elektriskā lauka stiprumu vakuumā.

Elektrolītiskais kondensators no visiem citiem atšķiras ar to, ka tajā tiek izmantots elektrolīta slānis, kas aizpilda vietu starp divām plāksnēm, visbiežāk izgatavotas no folijas plāksnēm. Turklāt viens no tiem ir pārklāts ar nelielu oksīda plēves dielektrisko slāni.

Folijas lentes ir salocītas kopā, atdalot ar ļoti plānu papīra spilventiņu, kas iemērc elektrolītā. Tās vērtība aptuveni 1 μm var ievērojami palielināt kondensatora kapacitāti. Iepriekšminētajā C noteikšanas formulā dielektriskā slāņa biezums d ir saucējā.

Augšējais folijas slānis ir pārklāts ar izlaišanas papīru, un visa struktūra ir satīta, lai to ievietotu cilindriskā korpusā.

Folijas galos metāla plāksnes tiek metinātas ar aukstās metināšanas metodēm, nodrošinot kontaktus savienošanai ar elektrisko ķēdi kā katodu un anodu. Turklāt uz plāksnes ar oksīda slāni veidojas pozitīvs secinājums.

Katodam ir elektrolīta loma, kas saskaras ar visu otrās plāksnes virsmu.

Tā kā kondensatora ietilpība ir atkarīga no plākšņu laukuma, viens no veidiem, kā to palielināt, ir iekļauts ražošanas tehnoloģijā - tas ir virsmas gofrēšana ar elektrolītu, ķīmiski kodinot. To var veikt ķīmiskās erozijas vai elektroķīmiskās korozijas dēļ.

Šķidrie elektrolīti spēj ticami ieplūst izveidotajās anoda mikroskopiskajās padziļinājumos.

Elektriskās oksidācijas laikā uz folijas tiek izveidots oksīda slānis. Šis process notiek, kad strāva plūst caur elektrolītu. Zemāk redzamajā attēlā parādīts strāvas sprieguma raksturojums, parādot straumju izmaiņas ierīces iekšienē, palielinoties spriegumam.

Kondensators parasti darbojas pie nominālā sprieguma un temperatūras. Ja rodas pārspriegums, atjaunojas oksīda slāņa veidošanās un sāk veidoties liels daudzums siltuma, kas noved pie gāzes veidošanās un spiediena palielināšanās noslēgtā korpusa iekšpusē.

Tāpēc elektrolītiskie kondensatori ir spējīgi eksplodēt, kas bieži notika ar vecām PSRS laika konstrukcijām, kuras tika veiktas vienā gadījumā, neradot aizsardzību pret sprādzieniem. Šis īpašums bieži izraisīja citu, kaimiņu aprīkojuma elementu bojājumus.

Mūsdienu modeļi izveido aizsargājošu membrānu, kas tiek iznīcināta gāzes veidošanās sākumā, un tas novērš eksploziju. Tas ir izgatavots burtu "T", "Y" vai zīmes "+" iegriezumu veidā.

Elektrolītisko kondensatoru veidi

Pēc konstrukcijas “elektrolīti” attiecas uz polārām ierīcēm, tas ir, tiem jādarbojas, kad strāva plūst tikai vienā virzienā. Tādēļ tos izmanto līdzstrāvas vai pulsējošās sprieguma ķēdēs, ņemot vērā elektrisko lādiņu pārejas virzienu.

Lai darbotos sinusoidālās strāvas ķēdēs, ir izveidoti “nepolārie elektrolīti”. Sakarā ar papildu elementiem dizainā, ar vienādu jaudu, tiem ir palielināti izmēri un attiecīgi izmaksas.

Elektrolītu starp plāksnēm var izmantot dažādu sārmu vai skābju koncentrētus šķīdumus. Atbilstoši to piepildīšanas metodei kondensatori tiek sadalīti:

• šķidrums;

• sausa

• metālu oksīds;

• pusvadītāju oksīds.

Kā anoda materiālu var izvēlēties alumīnija, tantāla, niobija vai saķepināta pulvera foliju. Oksīda pusvadītāju kondensatoriem katods ir pusvadītāju slānis, kas novietots tieši uz oksīda slāņa.

Darbības iezīmes

Elektrolītu spēja izdalīt gāzes apkures laikā nosaka nepieciešamību pēc kondensatora, lai nodrošinātu uzticamību, lai izveidotu nominālā sprieguma robežu līdz 0,5 ÷ 0,6 no tā vērtības. Tas jo īpaši attiecas uz ierīcēm ar paaugstinātu temperatūru.

Kondensatoriem, kas paredzēti darbībai maiņstrāvas sprieguma ķēdēs, ir norādīta darba frekvence. Parasti tas ir 50 herci. Lai strādātu ar augstākas frekvences signāliem, ir jāsamazina darba spriegums. Pretējā gadījumā dielektriķis pārkarst un sabojājas, korpusa plīsums.

Elektrolīti ar lielu ietilpību un nelielu noplūdes strāvu spēj ilgstoši uzkrāt uzkrāto lādiņu. Drošības apsvērumu dēļ, lai paātrinātu to izlādi, paralēli spailēm ir savienots rezistors ar pretestību 1 MΩ un jaudu 0,5 W.

Izmantošanai augstsprieguma ierīcēs tiek izmantoti kondensatori, kas samontēti virkņu ķēdēs. Lai izlīdzinātu spriegumu starp tiem, paralēli katra spailēm ir savienoti rezistori ar nominālo vērtību no 0,2 līdz 1 MΩ.

Ja maiņstrāvas ķēdēs ir nepieciešams izmantot polāros elektrolītiskos kondensatorus, tiek montēta ķēde, kurā strāva caur katru elementu iet tikai vienā virzienā. Šim lietojumam diodes un strāvas ierobežojošais rezistors.

Šādas shēmas iepriekš tika saliktas, lai pagrieztu strāvas fāzi attiecībā pret spriegumu, iedarbinot jaudīgus trīsfāžu asinhronos elektromotorus no vienfāzes tīkla. Tagad šis jautājums jau zaudē savu agrāko aktualitāti.

Strāvas ierobežojošā rezistora neesamība šādā ķēdē noved pie dielektriskā slāņa pārkaršanas un elektrolītiskā kondensatora kļūmes.

Šķidrie elektrolīti laika gaitā izžūst caur korpusa defektiem. Sakarā ar to jauda tiek pakāpeniski samazināta. Laika gaitā tas sasniedz kritisko vērtību. Elektrolītiskais kondensators, kas ir izgājis no darbības, bieži izraisa elektriskās ierīces sabrukumu.

Kondensatora darbības traucējumi līdzvērtīgas pretestības ESR pārkāpuma dēļ

Elektrolītiskajiem kondensatoriem ir vēl viena tehniska īpašība, kas darbības laikā ietekmē tā darbību. Laika gaitā kondensators pakāpeniski samazina elektrisko vadītspēju starp plāksnēm un spailēm, pateicoties pastāvīgi notiekošajiem iekšējiem elektriskajiem procesiem. Tās vērtību aprēķina ar ekvivalentu aktīvo pretestību, ko norāda ESR indekss. Krievu valodā viņi sauc par EPS: līdzvērtīga sērijas pretestība.

Šis radītais parazītu raksturojums neietekmē elektrolītu darbību ķēdēs ar frekvenci līdz 50 herciem, izmantojot transformatora izejas tinumu, diodes taisngriezi un kondensatoru, lai izlīdzinātu pulsācijas. Bet ierīcēs, kas izmanto augstfrekvences signālus komutācijas barošanas avotu iekšienē, šāda pievienotā aktīvā pretestība virknē kapacitātei vairs neļauj ķēdei darboties.

Kondensators ar palielinātu ERS pēc izskata neatšķiras no strādājošā. Tas ir tikai tas, ka tā aktīvā pretestība palielinās par vairāk nekā vienu omu un var sasniegt pat 10 omus.

Noteikšanas metodes

Nozare ražo instrumentus, kas ļauj izmērīt šo vērtību, pamatojoties uz prototipu, kas Krievijā tika izgudrots 60. gados. Tie ļauj veikt mērījumus, iztvaicējot kondensatorus no ķēdes, darbojas pēc tilta pretestības mērītāju maiņstrāvas principa.

Amatnieki izveido savus vienkāršotos dizainus, kas ļauj mums novērtēt kondensatora veselību pēc šī parametra, pamatojoties uz aktīvās pretestības noteikšanu, kas pārsniedz 1 omi. Kā līdzīgu indikatoru var salikt vienkāršu ierīci, kas parādīta diagrammā.

Lai to darbinātu, tiek izmantots parasts pirksta tipa akumulators. Gaismas diode norāda elektriskā kondensatora piemērotību ar ERS parametru, salīdzinot augstfrekvences signālus uz toroidālā transformatora, kas nāk no kondensatora, un radīto oscilējošo ķēdi.

Šīs pašas shēmas attēls nedaudz vienkāršotā formā ir parādīts zemāk.

Pārbaudes kondensators ir savienots ar tinumu, kas izgatavots vienā pagriezienā uz feromagnētiskā serdeņa transformatora ar magnētisko caurlaidību aptuveni 800 ÷ 1000. Spriegums uz šī tinuma nepārsniedz 200 milivoltus, tāpēc jūs varat novērtēt elektrolīta īpašības bez lodēšanas no dēļa.

Šādam indikatoram nav nepieciešami īpaši iestatījumi. Tas ir pilnīgi pietiekami, lai pārbaudītu gaismas diodes mirdzumu uz viena oma vadības rezistora un virzītos tajā turpmākajos mērījumos. Tranzistoru var izmantot ikviens, kura kolektora strāva ir 100 mA un pastiprinājums ir lielāks par 50.

Šāda zonde nedarbosies precīzi ar kondensatoriem, kuru kapacitāte ir mazāka par 100 μF.

Ionistor - superkondensators

Veida kondensators ar elektrolītu, kas nodrošina elektroķīmisko procesu plūsmu jonistoru. Tas izmanto dubultā elektriskā slāņa efektu, kas rodas, kad oderes materiāls nonāk saskarē ar elektrolītu, un apvieno kondensatora funkcijas ar ķīmiskās strāvas avotu.

Tās dizains ir parādīts attēlā.

Šeit izveidotā dubultā slāņa biezums ir ļoti mazs. Tas ļauj ievērojami palielināt jonistora jaudu. Arī šiem kondensatoriem ir vieglāk palielināt plākšņu saskares virsmas laukumu. Tie ir izgatavoti no porainiem materiāliem, piemēram, aktivētās ogles, putu metāliem.

Jonistoru jauda var sasniegt vairākas fāzes ar spriegumu uz plāksnēm līdz 10 voltiem. Viņš to pieņem darbā īsā laikā un pēc tam to droši saglabā. Tādēļ šie modeļi tiek izmantoti dažādu barošanas avotu dublēšanai.

Darbības apstākļi lielā mērā ietekmē jonistoru darbības stāvokļa ilgumu. Ja darba temperatūra nepārsniedz 40 grādus un spriegums ir 60% no nominālā, tad resurss var būt vairāk nekā 40 000 stundas.

Ir nepieciešams tikai palielināt tā sildīšanu līdz 70 grādiem, un spriegumu - līdz 80%, jo akumulatora darbības laiks tiek samazināts līdz 500 stundām. Jonisti ikdienā atrod ļoti plašu pielietojumu. Viņi strādā saules paneļu komplektos, automašīnu radioiekārtās, vieda mājas automatizācija.

Dienvidkorejas autobūves ražotājs Hyundai Motor Company strādā pie elektrisko autobusu, kurus darbina ar jonizatoriem, ražošanas. Viņu lādiņu plānots veikt īsās pieturās kustības maršrutā.

Savā kodolā šis transporta veids pilnībā aizstāj trolejbusu, kas izslēdz visu kontakta stiepļu tīklu no darba.