Kondensatory elektrolityczne

W praktyce każdy elektryk musi zmierzyć się z pracą adapterów, zasilaczy, przetworników napięcia. We wszystkich tych urządzeniach powszechnie stosowane są kondensatory elektryczne, które w slangu są często nazywane „elektrolitami”.

Ich główną zaletą jest stosunkowo duży rozmiar pojemności przy stosunkowo małym rozmiarze. Ponadto od dawna ustalono ich produkcję, a koszt jest stosunkowo niski.

Zasady dotyczące urządzeń

Każdy kondensator składa się z dwóch płyt, których przestrzeń jest wypełniona dielektrykiem.

Wzór pokazany na zdjęciu przypomina, że ​​pojemność C zależy od powierzchni każdej płyty S, odległości między płytami d i stałej dielektrycznej ośrodka w nich ε. Wartość ε0 jest stałą elektryczną, która określa siłę pola elektrycznego w próżni.

Kondensator elektrolityczny różni się od wszystkich innych tym, że wykorzystuje warstwę elektrolitu, która wypełnia przestrzeń między dwiema płytami, najczęściej wykonanymi z płyt foliowych. Ponadto jeden z nich pokryty jest małą warstwą dielektryczną folii tlenkowej.

Taśmy foliowe są składane razem, oddzielone bardzo cienką podkładką papierową nasączoną elektrolitem. Jego wartość około 1 μm może znacznie zwiększyć pojemność kondensatora. W powyższym wzorze dla określenia C grubość warstwy dielektrycznej d jest w mianowniku.

Górna warstwa folii jest pokryta papierem antyadhezyjnym, a cała struktura jest zwinięta w celu umieszczenia w cylindrycznym korpusie.

Na końcach folii blachy są spawane metodami zgrzewania na zimno, zapewniając styki do podłączenia do obwodu elektrycznego jako katody i anody. Ponadto na płytce z warstwą tlenkową powstaje pozytywny wniosek.

Katoda pełni rolę elektrolitu, który styka się z całą powierzchnią drugiej płytki.

Ponieważ pojemność kondensatora zależy od powierzchni płytek, jeden ze sposobów jego zwiększenia jest zawarty w technologii produkcji - jest to pofałdowanie powierzchni elektrolitem przez trawienie chemiczne. Można to wykonać z powodu erozji chemicznej lub korozji elektrochemicznej.

Ciekłe elektrolity są w stanie niezawodnie przepływać do utworzonych mikroskopijnych wgłębień anody.

Warstwa tlenkowa na folii powstaje podczas utleniania elektrycznego. Proces ten zachodzi, gdy prąd przepływa przez elektrolit. Poniższy rysunek pokazuje charakterystykę prąd-napięcie, pokazując zmianę prądów wewnątrz urządzenia wraz ze wzrostem napięcia.

Kondensator działa normalnie przy napięciu znamionowym i temperaturze. W przypadku wystąpienia przepięcia wznawia się tworzenie warstwy tlenku i zaczyna wytwarzać się duża ilość ciepła, co prowadzi do tworzenia się gazu i wzrostu ciśnienia wewnątrz szczelnej obudowy.

Dlatego kondensatory elektrolityczne są zdolne do wybuchu, co często zdarzało się przy starych konstrukcjach czasów ZSRR, które były przeprowadzane w jednym przypadku bez tworzenia ochrony przeciwwybuchowej. Ta właściwość często prowadziła do uszkodzenia innych sąsiadujących elementów wyposażenia.

Nowoczesne modele tworzą membranę ochronną, która jest niszczona na początku tworzenia gazu, co zapobiega wybuchowi. Wykonany jest w formie nacięć liter „T”, „Y” lub znaku „+”.

Rodzaje kondensatorów elektrolitycznych

Ze względu na swoją konstrukcję „elektrolity” odnoszą się do urządzeń polarnych, to znaczy muszą działać, gdy prąd płynie tylko w jednym kierunku. Dlatego są stosowane w obwodach napięcia stałego lub tętnienia, biorąc pod uwagę kierunek przepływu ładunków elektrycznych.

Do pracy w obwodach prądu sinusoidalnego powstały „niepolarne elektrolity”. Ze względu na dodatkowe elementy w projekcie, o równej pojemności, mają zwiększone wymiary i odpowiednio koszty.

Elektrolit między płytkami może być stosowany w stężonych roztworach różnych zasad lub kwasów. Zgodnie z metodą ich napełniania kondensatory dzielą się na:

• płyn;

• suche

• tlenek metalu;

• tlenek półprzewodnika.

Jako materiał anody można wybrać folię z aluminium, tantalu, niobu lub spiekanego proszku. W przypadku tlenkowych kondensatorów półprzewodnikowych katoda jest warstwą półprzewodnikową osadzoną bezpośrednio na warstwie tlenkowej.

Funkcje operacyjne

Zdolność elektrolitów do wydzielania gazów podczas ogrzewania dyktuje potrzebę kondensatora w celu zapewnienia niezawodności w celu utworzenia marginesu napięcia znamionowego do 0,5 ÷ 0,6 jego wartości. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku stosowania w urządzeniach o podwyższonej temperaturze.

W przypadku kondensatorów przeznaczonych do pracy w obwodach napięcia prądu przemiennego określono częstotliwość roboczą. Zwykle jest to 50 herców. Aby pracować z sygnałami o wyższej częstotliwości, konieczne jest zmniejszenie napięcia roboczego. W przeciwnym razie dielektryk ulegnie przegrzaniu i rozpadowi, pęknięcie obudowy.

Elektrolity o dużej pojemności i niskim prądzie upływowym są w stanie długoterminowo przechowywać nagromadzony ładunek. Ze względów bezpieczeństwa, aby przyspieszyć ich rozładowanie, rezystor o rezystancji 1 MΩ i mocy 0,5 W jest podłączony równolegle do zacisków.

Do stosowania w urządzeniach wysokiego napięcia stosuje się kondensatory zmontowane szeregowo. Aby wyrównać napięcie między nimi, rezystory o wartości nominalnej od 0,2 do 1 MΩ są podłączone równolegle do zacisków każdego z nich.

Jeśli konieczne jest zastosowanie polarnych kondensatorów elektrolitycznych w obwodach napięcia przemiennego, montowany jest obwód, w którym prąd przez każdy element przepływa tylko w jednym kierunku. Do tego celu diody oraz rezystor ograniczający prąd.

Takie schematy były wcześniej montowane w celu obracania fazy prądu względem napięcia podczas uruchamiania potężnych trójfazowych asynchronicznych silników elektrycznych z sieci jednofazowej. Teraz ten problem już traci na znaczeniu.

Brak rezystora ograniczającego prąd w takim łańcuchu prowadzi do przegrzania warstwy dielektrycznej i uszkodzenia kondensatora elektrolitycznego.

Ciekły elektrolit wysycha w czasie przez uszkodzenia w obudowie. Z tego powodu pojemność jest stopniowo zmniejszana. Z czasem osiąga wartość krytyczną. Awaria kondensatora elektrolitycznego często powoduje awarię urządzenia elektrycznego.

Awaria kondensatora z powodu naruszenia równoważnej rezystancji ESR

Kondensatory elektrolityczne mają inną cechę techniczną, która wpływa na ich wydajność podczas pracy. Z czasem kondensator stopniowo zmniejsza przewodność elektryczną między płytkami a zaciskami z powodu stale zachodzących wewnętrznych procesów elektrycznych. Jego wartość jest szacowana na podstawie równoważnej rezystancji czynnej, na co wskazuje wskaźnik ESR. W języku rosyjskim nazywają EPS: równoważny opór szeregowy.

Ta powstająca cecha pasożytnicza nie wpływa na działanie elektrolitów w obwodach o częstotliwości do 50 herców, wykorzystując uzwojenie wyjściowe transformatora, prostowanie diody i kondensator w celu wygładzenia pulsacji. Ale w urządzeniach wykorzystujących sygnały wysokiej częstotliwości wewnątrz zasilaczy impulsowych taka dodatkowa aktywna rezystancja szeregowo względem pojemności nie pozwala już na działanie obwodu.

Kondensator o podwyższonym ERS nie różni się wyglądem od działającego. Tyle, że jego aktywny opór zwiększa się o więcej niż jeden om i może osiągnąć do 10 omów.

Metody oznaczania

Przemysł produkuje instrumenty, które pozwalają zmierzyć tę wartość na podstawie prototypu wynalezionego w Rosji w latach 60. Pozwalają na wykonywanie pomiarów bez odparowywania kondensatorów z obwodu, działają na zasadzie mierników rezystancji mostka dla prądu przemiennego.

Rzemieślnicy tworzą własne uproszczone konstrukcje, które pozwalają nam oceniać kondycję kondensatora za pomocą tego parametru w oparciu o określenie rezystancji czynnej przekraczającej 1 Ohm. Jako podobny wskaźnik możesz złożyć proste urządzenie pokazane na schemacie.

Do zasilania służy zwykła bateria palcowa. Dioda LED wskazuje przydatność kondensatora elektrycznego za pomocą parametru ERS poprzez porównanie sygnałów wysokiej częstotliwości na transformatorze toroidalnym pochodzącym z kondensatora i generowanego obwodu oscylacyjnego.

Obraz tego samego schematu w nieco uproszczonej formie pokazano poniżej.

Kondensator testowy jest podłączony do uzwojenia wykonanego jednym obrotem na transformatorze rdzenia ferromagnetycznego o przepuszczalności magnetycznej rzędu 800 ÷ 1000. Napięcie na tym uzwojeniu nie przekracza 200 miliwoltów, więc możesz ocenić charakterystykę elektrolitu bez lutowania z płyty.

Taki wskaźnik nie wymaga specjalnych ustawień. Wystarczy sprawdzić świecenie diody LED na rezystorze sterującym jednego omu i nawigować przez nią w dalszych pomiarach. Tranzystor może być używany przez każdego, kto ma prąd kolektora 100 mA i zysk większy niż 50.

Taka sonda nie będzie działać dokładnie z kondensatorami o pojemności mniejszej niż 100 μF.

Ionistor - superkondensator

Rodzaj kondensatora z elektrolitem, który zapewnia przepływ procesów elektrochemicznych jonistor. Wykorzystuje efekt podwójnej warstwy elektrycznej, która pojawia się, gdy materiał podszewki wchodzi w kontakt z elektrolitem i łączy funkcje kondensatora ze źródłem prądu chemicznego.

Jego konstrukcja jest pokazana na zdjęciu.

Tutaj grubość utworzonej podwójnej warstwy jest bardzo mała. Pozwala to znacznie zwiększyć pojemność jonistora. Ponadto kondensatorom łatwiej jest zwiększyć powierzchnię styku płytek. Wykonane są z porowatych materiałów, na przykład węgla aktywnego, spienionych metali.

Pojemność jonistora może osiągnąć kilka farad z napięciem na płytkach do 10 woltów. Rekrutuje go w krótkim czasie, a następnie niezawodnie zapisuje. Dlatego te modele są używane do tworzenia kopii zapasowych różnych zasilaczy.

Warunki pracy mają duży wpływ na czas trwania stanu roboczego jonistora. Jeśli temperatura robocza nie przekracza 40 stopni, a napięcie wynosi 60% wartości nominalnej, zasób może wynosić ponad 40 000 godzin.

Konieczne jest jedynie zwiększenie jego ogrzewania do 70 stopni, a napięcie - do 80%, ponieważ żywotność baterii zmniejsza się do 500 godzin. Joniści znajdują szerokie zastosowanie w życiu codziennym. Działają w zestawach paneli słonecznych, samochodowym radiu, inteligentna automatyka domowa.

Południowokoreański producent samochodów Hyundai Motor Company pracuje nad produkcją elektrycznych autobusów zasilanych jonistorami. Ich ładunek planowany jest do wykonania podczas krótkich postojów na trasie ruchu.

U podstaw tego rodzaju transportu całkowicie zastępuje się trolejbus, co wyklucza z pracy całą sieć przewodów jezdnych.