ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

ในทางปฏิบัติช่างไฟฟ้าทุกคนต้องเผชิญกับการทำงานของอะแดปเตอร์อุปกรณ์ไฟฟ้าตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า ในอุปกรณ์ทั้งหมดนี้ตัวเก็บประจุไฟฟ้าถูกใช้อย่างกว้างขวางซึ่งมักเรียกว่า "อิเล็กโทรไลต์" บนแสลง

ข้อได้เปรียบหลักของพวกเขาคือความจุขนาดใหญ่ที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก นอกจากนี้การผลิตของพวกเขาได้รับการจัดตั้งมานานและค่าใช้จ่ายค่อนข้างต่ำ

หลักการของอุปกรณ์

ตัวเก็บประจุใด ๆ ที่ประกอบด้วยสองแผ่นช่องว่างระหว่างที่เต็มไปด้วยอิเล็กทริก

สูตรที่แสดงในภาพจำได้ว่าความจุ C ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของแต่ละแผ่น S ระยะห่างระหว่างแผ่น d และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของสื่อที่อยู่ภายในε ค่าε0คือค่าคงที่ไฟฟ้าที่กำหนดความแรงของสนามไฟฟ้าภายในสุญญากาศ

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแตกต่างจากที่อื่น ๆ ทั้งหมดที่ใช้เลเยอร์อิเล็กโทรไลต์ที่เติมช่องว่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นซึ่งส่วนใหญ่ทำจากแผ่นฟอยล์ นอกจากนี้หนึ่งในนั้นถูกปกคลุมด้วยชั้นอิเล็กทริกเล็ก ๆ ของฟิล์มออกไซด์

ศัสตราถูกพับเข้าด้วยกันคั่นด้วยแผ่นกระดาษบาง ๆ ที่แช่ในอิเล็กโทรไลต์ ค่าประมาณ 1 μmสามารถเพิ่มความจุของตัวเก็บประจุอย่างมีนัยสำคัญ ในสูตรด้านบนเพื่อหาค่า C ความหนาของชั้นไดอิเล็กตริก d อยู่ในส่วน

ชั้นบนสุดของฟอยล์เคลือบด้วยกระดาษที่ปล่อยออกมาและโครงสร้างทั้งหมดจะถูกรีดขึ้นเพื่อจัดวางในรูปทรงกระบอก

ในตอนท้ายของฟอยล์แผ่นโลหะจะถูกเชื่อมด้วยวิธีการเชื่อมเย็นโดยให้หน้าสัมผัสสำหรับเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าเป็นแคโทดและขั้วบวก นอกจากนี้ยังมีข้อสรุปเชิงบวกเกิดขึ้นบนจานที่มีชั้นออกไซด์

แคโทดมีบทบาทเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่สัมผัสพื้นผิวทั้งหมดของแผ่นที่สอง

เนื่องจากความจุของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกวิธีหนึ่งที่จะเพิ่มขึ้นจึงรวมอยู่ในเทคโนโลยีการผลิต - นี่คือรอยยับของพื้นผิวโดยอิเล็กโทรไลต์โดยการแกะสลักด้วยสารเคมี มันสามารถทำได้เนื่องจากการกัดกร่อนของสารเคมีหรือการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า

อิเล็กโทรไลต์เหลวสามารถไหลเข้าสู่ขั้วบวกของแอโนดได้อย่างน่าเชื่อถือ

ชั้นออกไซด์บนฟอยล์ถูกสร้างขึ้นในระหว่างการเกิดออกซิเดชันทางไฟฟ้า กระบวนการนี้เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์ รูปภาพด้านล่างแสดงถึงคุณสมบัติของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันแสดงการเปลี่ยนแปลงของกระแสภายในอุปกรณ์ด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้น

ตัวเก็บประจุทำงานตามปกติที่แรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิ หากแรงดันไฟฟ้าเกินเกิดขึ้นการก่อตัวของชั้นออกไซด์จะดำเนินต่อไปและเกิดความร้อนจำนวนมากซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวของก๊าซและการเพิ่มแรงดันภายในตู้ปิดผนึก

ดังนั้นตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจึงมีความสามารถในการระเบิดซึ่งมักจะเกิดขึ้นกับสิ่งก่อสร้างเก่าของเวลาของสหภาพโซเวียตซึ่งดำเนินการในกรณีเดียวโดยไม่สร้างการป้องกันการระเบิด คุณสมบัตินี้มักจะนำไปสู่ความเสียหายต่อองค์ประกอบอื่น ๆ ที่อยู่ใกล้เคียง

รุ่นที่ทันสมัยสร้างเยื่อหุ้มป้องกันซึ่งถูกทำลายในช่วงเริ่มต้นของการก่อตัวของก๊าซและสิ่งนี้จะช่วยป้องกันการระเบิด มันทำในรูปแบบของรอยหยักของตัวอักษร "T", "Y" หรือเครื่องหมาย "+"

ประเภทของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

จากการออกแบบ“ อิเล็กโทรไลต์” หมายถึงอุปกรณ์ขั้วโลกนั่นคือพวกมันจะต้องทำงานเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียวเท่านั้น ดังนั้นจึงมีการใช้ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงหรือแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมโดยคำนึงถึงทิศทางของประจุไฟฟ้า

เพื่อใช้งานในวงจรกระแสไฟฟ้าไซน์จึงได้สร้าง“ อิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช่ขั้ว” ขึ้น เนื่องจากองค์ประกอบเพิ่มเติมในการออกแบบที่มีความจุเท่ากันจึงมีขนาดเพิ่มขึ้นและตามต้นทุน

อิเล็กโทรไลต์ระหว่างแผ่นสามารถใช้สารละลายเข้มข้นของอัลคาลิหรือกรดต่างๆ ตามวิธีการเติมประจุจะแบ่งออกเป็น:

• ของเหลว

• แห้ง;

• โลหะออกไซด์

• เซมิคอนดักเตอร์ออกไซด์

ในฐานะที่เป็นวัสดุของขั้วบวกสามารถเลือกฟอยล์อลูมิเนียมแทนทาลัมไนโอเบียมหรือผงซินเทอร์ได้ สำหรับตัวเก็บประจุเซมิคอนดักเตอร์ออกไซด์แคโทดเป็นชั้นเซมิคอนดักเตอร์ฝากโดยตรงบนชั้นออกไซด์

คุณสมบัติการใช้งาน

ความสามารถของอิเล็กโทรไลต์ในการปล่อยก๊าซในระหว่างการให้ความร้อนกำหนดความต้องการของตัวเก็บประจุเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือในการสร้างระยะห่างของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้สูงถึง 0.5 ÷ 0.6 ของค่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง

สำหรับตัวเก็บประจุที่ออกแบบมาสำหรับการทำงานในวงจรแรงดันไฟฟ้า AC จะมีการระบุความถี่การทำงาน โดยปกติคือ 50 เฮิร์ตซ์ ในการทำงานกับสัญญาณความถี่ที่สูงขึ้นจำเป็นต้องลดแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน มิฉะนั้นฉนวนจะร้อนมากเกินไปและสลายแตกของที่อยู่อาศัย

อิเล็กโทรไลต์ที่มีความจุสูงและกระแสรั่วไหลต่ำสามารถเก็บประจุระยะยาวได้ เพื่อความปลอดภัยเพื่อเร่งการปล่อยของพวกเขาตัวต้านทานที่มีความต้านทาน 1 MΩและกำลังไฟ 0.5 W เชื่อมต่อขนานกับขั้ว

สำหรับใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงจะใช้ตัวเก็บประจุที่ประกอบในวงจรอนุกรม เพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าให้เท่ากันตัวต้านทานที่มีค่าน้อยที่สุดคือ 0.2 ถึง 1 MΩเชื่อมต่อขนานกับขั้วของแต่ละตัว

หากจำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุแบบขั้วไฟฟ้าในวงจรแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะมีการประกอบวงจรซึ่งกระแสผ่านแต่ละองค์ประกอบจะผ่านในทิศทางเดียวเท่านั้น สำหรับการใช้งานนี้ ไดโอด และตัวต้านทาน จำกัด ปัจจุบัน

ก่อนหน้านี้แผนการดังกล่าวรวมตัวกันเพื่อหมุนเฟสของกระแสที่สัมพันธ์กับแรงดันเมื่อเริ่มต้นมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสสามเฟสอันทรงพลังจากเครือข่ายเฟสเดียว ตอนนี้ปัญหานี้ได้สูญเสียความเกี่ยวข้องในอดีตไปแล้ว

การขาดตัวต้านทานที่ จำกัด กระแสในห่วงโซ่ดังกล่าวนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไปของชั้นอิเล็กทริกและความล้มเหลวของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

ของเหลวอิเล็กโทรไลต์แห้งตลอดเวลาผ่านข้อบกพร่องในตัวเรือน ด้วยเหตุนี้ความจุจะค่อยๆลดลง เมื่อเวลาผ่านไปมันถึงค่าที่สำคัญ ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าที่หลุดออกจากการทำงานมักจะทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าชำรุด

ตัวเก็บประจุทำงานผิดปกติเนื่องจากการละเมิดความต้านทานเทียบเท่า ESR

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามีคุณสมบัติทางเทคนิคอื่นที่มีผลต่อประสิทธิภาพในระหว่างการใช้งาน เมื่อเวลาผ่านไปตัวเก็บประจุจะค่อย ๆ ลดการนำไฟฟ้าระหว่างเพลตและเทอร์มินัลเนื่องจากกระบวนการไฟฟ้าภายในที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ค่าของมันถูกประเมินโดยความต้านทานแบบแอคทีฟที่เทียบเท่าซึ่งบ่งชี้โดยดัชนี ESR ในรัสเซียพวกเขาเรียกว่า EPS: การต่อต้านอนุกรมที่เทียบเท่ากัน

ลักษณะของกาฝากที่เกิดขึ้นนี้ไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของอิเล็กโทรไลต์ในวงจรที่มีความถี่สูงถึง 50 เฮิร์ตซ์โดยใช้ขดลวดเอาต์พุตของหม้อแปลง, การแก้ไขไดโอด แต่ในอุปกรณ์ที่ใช้สัญญาณความถี่สูงภายในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งความต้านทานแบบแอคทีฟที่เพิ่มเข้ามาในซีรีย์จะไม่ทำให้วงจรทำงานได้อีกต่อไป

ตัวเก็บประจุที่มี ERS เพิ่มขึ้นจะไม่แตกต่างจากรูปลักษณ์ที่ใช้งานได้ เป็นเพียงความต้านทานที่แอคทีฟของมันเพิ่มขึ้นมากกว่าหนึ่งโอห์มและสามารถสูงถึง 10 โอห์ม

วิธีการกำหนด

อุตสาหกรรมผลิตเครื่องมือที่อนุญาตให้วัดค่านี้โดยใช้ต้นแบบที่คิดค้นขึ้นในรัสเซียในยุค 60 ช่วยให้คุณสามารถทำการวัดได้โดยไม่ต้องระเหยตัวเก็บประจุออกจากวงจรทำงานบนหลักการของเครื่องวัดความต้านทานสะพานสำหรับกระแสไฟฟ้าสลับ

ช่างฝีมือสร้างการออกแบบที่เรียบง่ายของตัวเองที่ช่วยให้เราสามารถประเมินสุขภาพของตัวเก็บประจุโดยพารามิเตอร์นี้ขึ้นอยู่กับการกำหนดความต้านทานที่ใช้งานเกิน 1 โอห์ม ในฐานะที่เป็นตัวบ่งชี้ที่คล้ายกันคุณสามารถรวบรวมอุปกรณ์ง่าย ๆ ดังแสดงในแผนภาพ

แบตเตอรี่ชนิดนิ้วปกติใช้เพื่อให้พลังงาน LED แสดงความเหมาะสมของตัวเก็บประจุไฟฟ้าโดยพารามิเตอร์ ERS โดยการเปรียบเทียบสัญญาณความถี่สูงของหม้อแปลง Toroidal ที่มาจากตัวเก็บประจุและวงจรที่สร้างขึ้น

ภาพของชุดรูปแบบเดียวกันในรูปแบบที่ค่อนข้างง่ายแสดงอยู่ด้านล่าง

ตัวเก็บประจุทดสอบเชื่อมต่อกับขดลวดที่เกิดขึ้นในหนึ่งรอบบนหม้อแปลงของแกนเฟอร์รัสที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กที่ระดับ 800 ÷ 1,000 แรงดันไฟฟ้าในขดลวดนี้ไม่เกิน 200 มิลลิโวลต์ดังนั้นคุณสามารถประเมินคุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์โดยไม่ต้องบัดกรีจากบอร์ด

ตัวบ่งชี้ดังกล่าวไม่จำเป็นต้องมีการตั้งค่าพิเศษ มันค่อนข้างเพียงพอที่จะตรวจสอบการเรืองแสงของ LED บนตัวต้านทานควบคุมของหนึ่งโอห์มและนำทางในการวัดในอนาคต ทุกคนสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีกระแสสะสม 100 mA และได้รับมากกว่า 50

โพรบดังกล่าวจะทำงานไม่ถูกต้องกับตัวเก็บประจุที่มีความจุน้อยกว่า 100 μF

ไอออน - ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์

ตัวเก็บประจุชนิดหนึ่งที่มีอิเล็กโทรไลต์ที่ให้การไหลของกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าคือ ionistor. มันใช้เอฟเฟกต์ของเลเยอร์ไฟฟ้าสองชั้นที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุซับสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์และรวมการทำงานของตัวเก็บประจุกับแหล่งจ่ายกระแสเคมี

การออกแบบที่แสดงในภาพ

ที่นี่ความหนาของชั้นสองที่เกิดขึ้นมีขนาดเล็กมาก วิธีนี้ช่วยให้คุณสามารถเพิ่มความจุของไอออน นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องง่ายสำหรับตัวเก็บประจุเหล่านี้ในการเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสของแผ่นเปลือกโลก พวกเขาทำจากวัสดุที่มีรูพรุนเช่นถ่านกัมมันต์, โลหะโฟม

ความจุของตัวต้านทานสามารถเข้าถึงหลาย farads ด้วยแรงดันไฟฟ้าบนแผ่นถึง 10 volts เขารับสมัครอีกครั้งในเวลาอันสั้นและจากนั้นบันทึกได้อย่างน่าเชื่อถือ ดังนั้นรุ่นเหล่านี้จะถูกใช้เพื่อสำรองพลังงานไฟฟ้าต่างๆ

เงื่อนไขการใช้งานมีผลอย่างมากต่อระยะเวลาการทำงานของไอออน หากอุณหภูมิในการทำงานไม่เกิน 40 องศาและแรงดันไฟฟ้าเป็น 60% ของค่าเล็กน้อยทรัพยากรอาจมากกว่า 40,000 ชั่วโมง

มีความจำเป็นเพียงเพิ่มความร้อนถึง 70 องศาและแรงดันไฟฟ้า - สูงสุด 80% เนื่องจากอายุการใช้งานแบตเตอรี่จะลดลงเป็น 500 ชั่วโมง นักโยนกพบการใช้งานที่หลากหลายในชีวิตประจำวัน พวกเขาทำงานในชุดแผงโซลาร์เซลล์อุปกรณ์เครื่องเสียงติดรถยนต์ บ้านอัตโนมัติสมาร์ท.

ผู้ผลิตรถยนต์ชาวเกาหลีใต้ฮุนไดมอเตอร์คอมพานีกำลังทำงานเกี่ยวกับการผลิตรถเมล์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยไอออน ค่าใช้จ่ายของพวกเขามีการวางแผนที่จะดำเนินการในช่วงหยุดสั้น ๆ บนเส้นทางของการเคลื่อนไหว

ที่แกนกลางของมันการขนส่งประเภทนี้จะแทนที่รถเข็นอย่างสมบูรณ์ซึ่งไม่รวมเครือข่ายสายติดต่อทั้งหมดจากการทำงาน