Elektrolytické kondenzátory

V praxi je každý elektrikář konfrontován s prací adaptérů, napájecích zdrojů, převodníků napětí. Ve všech těchto zařízeních se široce používají elektrické kondenzátory, které se na slangu často nazývají „elektrolyty“.

Jejich hlavní výhodou je relativně velká velikost kapacity s relativně malou velikostí. Kromě toho je jejich výroba již dlouho zavedena a náklady jsou relativně nízké.

Principy zařízení

Každý kondenzátor se skládá ze dvou desek, jejichž prostor je mezi sebou vyplněn dielektrikem.

Vzorec znázorněný na obrázku připomíná, že kapacita C závisí na ploše každé desky S, vzdálenosti mezi deskami d a dielektrické konstantě média uvnitř nich. Hodnota ε0 je elektrická konstanta, která určuje sílu elektrického pole uvnitř vakua.

Elektrolytický kondenzátor se liší od všech ostatních tím, že používá elektrolytovou vrstvu, která vyplňuje prostor mezi dvěma deskami, nejčastěji vyrobenými z fóliových desek. Kromě toho je jedna z nich pokryta malou dielektrickou vrstvou oxidového filmu.

Fóliové pásky jsou složeny k sobě, odděleny velmi tenkou papírovou vložkou namočenou v elektrolytu. Jeho hodnota asi 1 μm může významně zvýšit kapacitu kondenzátoru. Ve výše uvedeném vzorci pro stanovení C je tloušťka dielektrické vrstvy d ve jmenovateli.

Horní vrstva fólie je potažena uvolňovacím papírem a celá struktura je srolována pro umístění do válcového těla.

Na koncích fólie jsou kovové desky svařovány metodami svařování za studena, čímž se získají kontakty pro připojení k elektrickému obvodu jako katoda a anoda. Kromě toho je na desce s oxidovou vrstvou vytvořen pozitivní závěr.

Katoda hraje roli elektrolytu, který se dotýká celého povrchu druhé desky.

Protože kapacita kondenzátoru závisí na ploše desek, jeden ze způsobů, jak jej zvýšit, je zahrnut do výrobní technologie - jedná se o zvlnění povrchu elektrolytem chemickým leptáním. Může být provedeno v důsledku chemické eroze nebo elektrochemické koroze.

Kapalné elektrolyty jsou schopné spolehlivě proudit do vytvořených mikroskopických vybrání anody.

Během elektrické oxidace je na fólii vytvořena oxidová vrstva. K tomuto procesu dochází, když proud protéká elektrolytem. Obrázek níže ukazuje charakteristiku proudového napětí a ukazuje změnu proudů uvnitř zařízení se zvyšujícím se napětím.

Kondenzátor pracuje normálně při jmenovitém napětí a teplotě. Pokud dojde k přepětí, tvorba oxidové vrstvy se obnoví a začne se generovat velké množství tepla, což vede k tvorbě plynu a ke zvýšení tlaku uvnitř uzavřeného krytu.

Proto jsou elektrolytické kondenzátory schopny vybuchnout, což se často stalo se starými konstrukcemi doby SSSR, které byly provedeny v jednom případě bez vytvoření ochrany proti výbuchu. Tato vlastnost často vedla k poškození dalších sousedních prvků zařízení.

Moderní modely vytvářejí ochrannou membránu, která je zničena na začátku tvorby plynu, což zabraňuje explozi. Vyrábí se ve formě zářezů písmen „T“, „Y“ nebo znaménka „+“.

Typy elektrolytických kondenzátorů

Svým designem se „elektrolyty“ vztahují na polární zařízení, to znamená, že musí fungovat, když proud teče pouze jedním směrem. Používají se proto v obvodech stejnosměrného nebo zvlněného napětí, přičemž se bere v úvahu směr průchodu elektrických nábojů.

Pro práci v obvodech sinusového proudu byly vytvořeny „nepolární elektrolyty“. Díky dodatečným prvkům v designu se stejnou kapacitou mají zvětšené rozměry a v důsledku toho i náklady.

Elektrolytem mezi destičkami mohou být použity koncentrované roztoky různých zásad nebo kyselin. Podle způsobu jejich plnění se kondenzátory dělí na:

• kapalina;

• suché

• oxidový kov;

• polovodičový oxid.

Jako materiál anody lze zvolit fólii z hliníku, tantalu, niobu nebo slinovaného prášku. U oxidových polovodičových kondenzátorů je katoda polovodičovou vrstvou uloženou přímo na oxidové vrstvě.

Provozní funkce

Schopnost elektrolytů emitovat plyny během zahřívání diktuje potřebu kondenzátoru, který zajistí spolehlivost pro vytvoření meze jmenovitého napětí až 0,5 ÷ 0,6 jeho hodnoty. To platí zejména pro použití v zařízeních se zvýšenou teplotou.

U kondenzátorů určených pro provoz v obvodech střídavého napětí je stanovena provozní frekvence. Obvykle je to 50 hertzů. Pro práci s vysokofrekvenčními signály je nutné snížit provozní napětí. V opačném případě se dielektrikum přehřeje a poruší, dojde k prasknutí krytu.

Elektrolyty s velkou kapacitou a nízkými svodovými proudy jsou schopny dlouhodobé skladování akumulovaného náboje. Z bezpečnostních důvodů je pro urychlení jejich vybití paralelně se svorkami připojen odpor s odporem 1 MΩ a příkonem 0,5 W.

Pro použití ve vysokonapěťových zařízeních se používají kondenzátory sestavené do sériových obvodů. Pro vyrovnání napětí mezi nimi jsou paralelně ke svorkám každého z nich připojeny odpory o jmenovité hodnotě 0,2 až 1 MΩ.

Pokud je nutné použít polární elektrolytické kondenzátory ve střídavých obvodech napětí, sestaví se obvod, ve kterém proud prochází každým prvkem pouze v jednom směru. Pro toto použití diody a odpor omezující proud.

Takové obvody byly dříve sestaveny tak, aby rotovaly fázi proudu vzhledem k napětí při spouštění výkonných třífázových asynchronních elektrických motorů z jednofázové sítě. Nyní tento problém již ztrácí svůj dřívější význam.

Absence odporu omezujícího proud v takovém řetězci vede k přehřátí dielektrické vrstvy a selhání elektrolytického kondenzátoru.

Kapalný elektrolyt suší časem vadami v krytu. Díky tomu se kapacita postupně snižuje. Postupem času dosáhne kritické hodnoty. Elektrolytický kondenzátor, který vypadl z provozu, často způsobuje poruchu elektrického zařízení.

Poruchy kondenzátoru v důsledku porušení ekvivalentního odporu ESR

Elektrolytické kondenzátory mají další technickou vlastnost, která ovlivňuje jeho výkon během provozu. V průběhu času kondenzátor postupně snižuje elektrickou vodivost mezi deskami a terminály v důsledku neustále se vyskytujících vnitřních elektrických procesů. Jeho hodnota se odhaduje ekvivalentním aktivním odporem, který je označen indexem ESR. V ruštině nazývají EPS: ekvivalentní sériový odpor.

Tato vznikající parazitická charakteristika neovlivňuje činnost elektrolytů v obvodech s frekvencí až 50 hertzů, pomocí výstupního vinutí transformátoru, diodové rektifikace a kondenzátoru k vyhlazení pulzací. Avšak u zařízení využívajících vysokofrekvenční signály uvnitř spínaných zdrojů napájení takový přidaný aktivní odpor v sérii kapacitance již neumožňuje obvodu fungovat.

Kondenzátor se zvýšenou hodnotou ERS se neliší od funkčního. Jde jen o to, že se jeho aktivní odpor zvyšuje o více než jeden Ohm a může dosáhnout až 10 Ohmů.

Metody stanovení

Průmysl vyrábí nástroje, které umožňují měřit tuto hodnotu na základě prototypu vynalezeného v Rusku v 60. letech. Umožňují provádět měření bez odpařování kondenzátorů z obvodu, pracovat na principu můstkových odporů pro střídavý proud.

Řemeslníci vytvářejí své vlastní zjednodušené návrhy, které nám umožňují vyhodnotit zdraví kondenzátoru pomocí tohoto parametru na základě stanovení aktivního odporu přesahujícího 1 Ohm. Jako podobný indikátor můžete sestavit jednoduché zařízení, znázorněné na obrázku.

K napájení se používá běžná baterie typu prstu. LED indikuje vhodnost elektrického kondenzátoru parametrem ERS porovnáním vysokofrekvenčních signálů na toroidním transformátoru přicházejícím z kondenzátoru a generovaného oscilačního obvodu.

Obrázek stejného schématu v poněkud zjednodušené formě je uveden níže.

Zkušební kondenzátor je připojen k vinutí vytvořenému v jednom kroku na transformátoru feromagnetického jádra s magnetickou propustností řádově 800 × 1000. Napětí na tomto vinutí nepřesahuje 200 milivoltů, takže můžete vyhodnotit vlastnosti elektrolytu bez pájení z desky.

Takový indikátor nevyžaduje zvláštní nastavení. Stačí zkontrolovat záři LED na kontrolním odporu jednoho ohmu a navigovat ji v budoucích měřeních. Tranzistor může být použit kdokoli s kolektorovým proudem 100 mA a ziskem více než 50.

Taková sonda nebude pracovat přesně s kondenzátory majícími kapacitu menší než 100 μF.

Ionistor - superkondenzátor

Druh kondenzátoru s elektrolytem, ​​který zajišťuje tok elektrochemických procesů, je ionistor. Využívá účinek dvojité elektrické vrstvy, ke které dochází při kontaktu materiálu obložení s elektrolytem, ​​a kombinuje funkce kondenzátoru se zdrojem chemického proudu.

Jeho design je zobrazen na obrázku.

Tloušťka vytvořené dvojité vrstvy je zde velmi malá. To vám umožní výrazně zvýšit kapacitu ionistoru. Pro tyto kondenzátory je také snazší zvětšit plochu kontaktních povrchů desek. Jsou vyrobeny z porézních materiálů, například z aktivního uhlí, pěnových kovů.

Kapacita ionistoru může dosáhnout několika faradů s napětím na deskách až 10 voltů. V krátké době to přijme a spolehlivě jej uloží. Proto se tyto modely používají k zálohování různých zdrojů napájení.

Provozní podmínky silně ovlivňují trvání provozního stavu ionistoru. Pokud provozní teplota nepřesáhne 40 stupňů a napětí je 60% jmenovité hodnoty, může být zdroj delší než 40 000 hodin.

Je nutné pouze zvýšit jeho vytápění na 70 stupňů a napětí - až 80%, protože životnost baterie je snížena na 500 hodin. Ionisté nacházejí širokou škálu aplikací v každodenním životě. Pracují v sadách solárních panelů, autorádií, inteligentní domácí automatizace.

Jihokorejský výrobce automobilů Hyundai Motor Company pracuje na výrobě elektrických autobusů poháněných ionistory. Jejich nabíjení je plánováno na krátkodobé zastávky na trase pohybu.

Tento typ dopravy ve své podstatě zcela nahrazuje trolejbus, který vylučuje celou síť trolejových vedení z práce.