Електролитични кондензатори

На практика всеки електротехник е изправен пред работата на адаптери, захранващи устройства, преобразуватели на напрежение. Във всички тези устройства широко се използват електрически кондензатори, които често се наричат ​​"електролити" върху жаргона.

Основното им предимство е сравнително големият размер на капацитета със сравнително малък размер. Освен това производството им отдавна е установено, а цената е сравнително ниска.

Принципи на устройството

Всеки кондензатор се състои от две плочи, пространството между които е запълнено с диелектрик.

Формулата, показана на снимката, припомня, че капацитетът С зависи от площта на всяка плоча S, разстоянието между плочите d и диелектричната константа на средата вътре в тях. Стойността ε0 е електрическата константа, която определя силата на електрическото поле във вакуума.

Електролитичният кондензатор се различава от всички останали по това, че използва електролитен слой, който запълва пространството между двете плочи, най-често от фолио. Освен това един от тях е покрит с малък диелектричен слой от оксидния филм.

Лентите от фолио са сгънати заедно, разделени от много тънка хартиена подложка, напоена с електролит. Стойността му от около 1 μm може значително да увеличи капацитета на кондензатора. В горната формула за определяне на C дебелината на диелектричния слой d е в знаменателя.

Най-горният слой на фолиото е покрит с освобождаваща хартия и цялата конструкция е навита за поставяне в цилиндрично тяло.

В краищата на фолиото металните пластини са заварени чрез методи за студено заваряване, осигуряващи контакти за свързване към електрическата верига като катод и анод. Освен това върху пластината с оксидния слой се формира положително заключение.

Катодът играе ролята на електролит, който контактува с цялата повърхност на втората плоча.

Тъй като капацитетът на кондензатора зависи от площта на плочите, един от начините за увеличаването му е включен в технологията на производство - това е гофриране на повърхността чрез електролит чрез химично офорт. Може да се извърши поради химическа ерозия или електрохимична корозия.

Течните електролити са в състояние надеждно да се вливат в създадените микроскопични вдлъбнатини на анода.

По време на електрическото окисляване се създава оксиден слой върху фолиото. Този процес възниква, когато токът тече през електролита. Снимката по-долу показва характеристиката на напрежението на тока, показваща промяната на токовете вътре в устройството с увеличаване на напрежението.

Кондензаторът работи нормално при номинално напрежение и температура. Ако възникне пренапрежение, образуването на оксидния слой се възобновява и започва да се генерира голямо количество топлина, което води до образуване на газ и повишаване на налягането вътре в запечатаната камера.

Следователно електролитните кондензатори са способни да експлодират, което често се случва със стари конструкции от времената на СССР, които са извършени в един случай, без да се създава защита от експлозия. Този имот често е водил до повреда на други, съседни елементи на оборудването.

Съвременните модели създават защитна мембрана, която се унищожава в началото на образуването на газ и това предотвратява експлозия. Той е направен под формата на прорези на буквите "T", "Y" или знака "+".

Видове електролитни кондензатори

По своя дизайн „електролити“ се отнасят за полярни устройства, тоест трябва да работят, когато токът тече само в една посока. Следователно те се използват в постояннотокови или пулсационни напрежения, като се вземат предвид посоката на преминаване на електрическите заряди.

За да работят в синусоидални токови вериги, са създадени „неполярни електролити“. Поради допълнителни елементи в дизайна, с еднакъв капацитет, те имат увеличени размери и, съответно, цена.

Електролитът между плочите може да се използва концентрирани разтвори на различни основи или киселини. Според метода на запълването им кондензаторите се разделят на:

• течност;

• изсъхне;

• оксиден метал;

• полупроводников оксид.

Като материал на анода може да бъде избрано фолио от алуминий, тантал, ниобий или спечен прах. За оксидните полупроводникови кондензатори катодът е полупроводников слой, отложен директно върху оксидния слой.

Оперативни функции

Способността на електролитите да отделят газове по време на нагряване диктува необходимостта от кондензатор, който да гарантира надеждността за създаване на марж на номинално напрежение до 0,5 ÷ 0,6 от неговата стойност. Това е особено вярно за използване в устройства с повишени температури.

За кондензатори, проектирани за работа в вериги за променливо напрежение, се определя работната честота. Обикновено е 50 херца. За работа с сигнали с по-висока честота е необходимо да се намали работното напрежение. В противен случай диелектрикът ще се прегрее и ще се разруши, разкъсвайки корпуса.

Електролитите с голям капацитет и ниски токове на изтичане са способни да съхраняват дългосрочно натрупания заряд. От съображения за безопасност, за да се ускори тяхното разреждане, паралелно с клемите се свързва резистор със съпротивление 1 MΩ и мощност 0,5 W.

За използване в устройства с високо напрежение се използват кондензатори, сглобени в серийни вериги. За да се изравни напрежението между тях, резистори с номинална стойност от 0,2 до 1 MΩ са свързани паралелно на клемите на всеки.

Ако е необходимо да се използват полярни електролитични кондензатори в променливи вериги на напрежение, се сглобява схема, в която токът през всеки елемент преминава само в една посока. За тази употреба диоди и резистор за ограничаване на тока.

Такива схеми бяха предварително сглобени, за да завъртят фазата на тока спрямо напрежението при стартиране на мощни трифазни асинхронни електродвигатели от еднофазна мрежа. Сега този брой вече губи предишната си актуалност.

Липсата на ограничаващ тока резистор в такава верига води до прегряване на диелектричния слой и отказ на електролитния кондензатор.

Течният електролит изсъхва с течение на времето чрез дефекти в корпуса. Поради това капацитетът постепенно намалява. С течение на времето тя достига критична стойност. Електролитичният кондензатор, който е изпаднал в експлоатация, често причинява повреда в електрическото устройство.

Неизправности на кондензатора поради нарушаване на ESR на еквивалентна устойчивост

Електролитичните кондензатори имат друга техническа характеристика, която влияе върху неговата производителност по време на работа. С течение на времето кондензаторът постепенно намалява електрическата проводимост между плочите и клемите поради постоянно протичащите вътрешни електрически процеси. Стойността му се оценява чрез еквивалентната активна устойчивост, която се обозначава с индекса ESR. На руски те наричат ​​EPS: еквивалентна серия съпротива.

Тази възникнала паразитна характеристика не влияе върху работата на електролити в вериги с честота до 50 херца, като се използва изходната намотка на трансформатора, диодна ректификация и кондензатор за изглаждане на пулсациите. Но в устройства, използващи високочестотни сигнали вътре в комутационните захранвания, такова добавено активно съпротивление последователно към капацитета вече не позволява веригата да работи.

Кондензатор с повишен ERS не се различава на външен вид от работещия. Просто активната му устойчивост се увеличава с повече от един Ом и може да достигне до 10 Ома.

Методи за определяне

Промишлеността произвежда инструменти, които позволяват да се измери тази стойност въз основа на прототип, изобретен в Русия през 60-те години. Те ви позволяват да правите измервания, без да изпарите кондензаторите от веригата, работите на принципа на измервателните уреди за съпротивление на променлив ток.

Занаятчиите създават свои собствени опростени дизайни, които ни позволяват да оценим здравето на кондензатора по този параметър въз основа на определянето на активното съпротивление над 1 Ohm. Като подобен индикатор можете да сглобите обикновено устройство, показано на диаграмата.

За захранването му се използва обикновена батерия тип пръст. Светодиодът показва пригодността на електрическия кондензатор по параметъра ERS, като сравнява високочестотните сигнали на тороидалния трансформатор, идващи от кондензатора и генерираната осцилираща верига.

Изображението на същата схема в малко опростена форма е показано по-долу.

Тестовият кондензатор е свързан към намотка, направена в един завой на трансформатор от феромагнитно ядро ​​с магнитна проницаемост от порядъка на 800 ÷ 1000. Напрежението върху тази намотка не надвишава 200 миливолта, така че можете да оцените характеристиките на електролита, без да споявате от платката.

Такъв индикатор не изисква специални настройки. Напълно достатъчно е да проверите светенето на светодиода върху контролния резистор на един ом и да го навигирате в бъдещи измервания. Транзисторът може да се използва от всеки с колекционен ток от 100 mA и коефициент на усилване над 50.

Такава сонда няма да работи точно с кондензатори с капацитет по-малък от 100 μF.

Йонистор - суперкондензатор

Един вид кондензатор с електролит, който осигурява протичането на електрохимичните процеси е ionistor, Той използва ефекта на двоен електрически слой, който се получава, когато облицовъчният материал влиза в контакт с електролита и комбинира функциите на кондензатор с химически източник на ток.

Дизайнът му е показан на снимката.

Тук дебелината на образувания двоен слой е много малка. Това ви позволява значително да увеличите капацитета на йонистатора. Също така за тези кондензатори е по-лесно да увеличат площта на контактната повърхност на плочите. Те са направени от порести материали, например, активен въглен, пяна метали.

Капацитетът на йонистатора може да достигне няколко фара с напрежение на плочите до 10 волта. Той го набира за кратко време и след това надеждно го спестява. Затова тези модели се използват за архивиране на различни източници на захранване.

Условията на работа значително влияят на продължителността на работното състояние на йонистатора. Ако работната температура не надвишава 40 градуса, а напрежението е 60% от номиналната, тогава ресурсът може да бъде повече от 40 000 часа.

Необходимо е само да се увеличи нагряването му до 70 градуса, а напрежението - до 80%, тъй като животът на батерията е намален до 500 часа. Йонистите намират голямо разнообразие от приложения в ежедневието. Те работят в комплекти от слънчеви панели, оборудване за радио радио, интелигентна автоматизация на дома.

Южнокорейският автомобилен производител Hyundai Motor Company работи върху производството на електрически автобуси, задвижвани от йонисти. Планирането им е планирано да се извършва по време на кратки спирки по маршрута на движение.

В основата си този вид транспорт изцяло замества тролейбуса, което изключва цялата контактна телена мрежа от работа.