Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές

Στην πράξη, κάθε ηλεκτρολόγος αντιμετωπίζει το έργο των προσαρμογέων, των τροφοδοτικών, των μετατροπέων τάσης. Σε όλες αυτές τις συσκευές, οι ηλεκτρικοί πυκνωτές χρησιμοποιούνται ευρέως, οι οποίοι συχνά ονομάζονται "ηλεκτρολύτες" σε αργκό.

Το κύριο πλεονέκτημα τους είναι το σχετικά μεγάλο μέγεθος της χωρητικότητας με σχετικά μικρό μέγεθος. Επιπλέον, η παραγωγή τους έχει καθιερωθεί εδώ και πολύ καιρό, και το κόστος είναι σχετικά χαμηλό.

Αρχές συσκευών

Οποιοσδήποτε πυκνωτής αποτελείται από δύο πλάκες, ο χώρος μεταξύ του οποίου είναι γεμάτος με ένα διηλεκτρικό.

Ο τύπος που φαίνεται στην εικόνα υπενθυμίζει ότι η χωρητικότητα C εξαρτάται από την περιοχή κάθε πλάκας S, την απόσταση μεταξύ των πλακών d και τη διηλεκτρική σταθερά του μέσου μέσα τους ε. Η τιμή ε0 είναι η ηλεκτρική σταθερά που καθορίζει τη δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στο κενό.

Ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής διαφέρει από όλους τους άλλους διότι χρησιμοποιεί ένα στρώμα ηλεκτρολύτη που γεμίζει το χώρο μεταξύ των δύο πλακών, που συνήθως κατασκευάζονται από φύλλα αλουμινίου. Επιπλέον, ένα από αυτά καλύπτεται με ένα μικρό διηλεκτρικό στρώμα του φιλμ οξειδίου.

Οι ταινίες από φύλλα είναι διπλωμένες μεταξύ τους, χωρίζονται από ένα πολύ λεπτό χαρτόνι εμποτισμένο με ηλεκτρολύτη. Η τιμή του περίπου 1 μm μπορεί να αυξήσει σημαντικά την χωρητικότητα του πυκνωτή. Στον παραπάνω τύπο για τον προσδιορισμό του C, το πάχος του διηλεκτρικού στρώματος d είναι στον παρονομαστή.

Το άνω στρώμα του φύλλου καλύπτεται με χαρτί απελευθέρωσης και ολόκληρη η δομή είναι τυλιγμένη για τοποθέτηση σε κυλινδρικό σώμα.

Στα άκρα του φύλλου, οι μεταλλικές πλάκες συγκολλούνται με μεθόδους κρύας συγκόλλησης, παρέχοντας επαφές για σύνδεση με το ηλεκτρικό κύκλωμα ως κάθοδος και ανόδου. Επιπλέον, σχηματίζεται θετικό συμπέρασμα στην πλάκα με το στρώμα οξειδίου.

Η κάθοδος παίζει ρόλο ηλεκτρολύτη που έρχεται σε επαφή με ολόκληρη την επιφάνεια της δεύτερης πλάκας.

Δεδομένου ότι η χωρητικότητα του πυκνωτή εξαρτάται από την περιοχή των πλακών, ένας από τους τρόπους για την αύξηση του περιλαμβάνεται στην τεχνολογία παραγωγής - αυτή είναι η αυλάκωση της επιφάνειας από ηλεκτρολύτη με χημική χάραξη. Μπορεί να πραγματοποιηθεί λόγω χημικής διάβρωσης ή ηλεκτροχημικής διάβρωσης.

Οι υγροί ηλεκτρολύτες είναι ικανοί να ρέουν αξιόπιστα στις δημιουργούμενες μικροσκοπικές εσοχές της ανόδου.

Ένα στρώμα οξειδίου στο φύλλο δημιουργείται κατά τη διάρκεια της ηλεκτρικής οξείδωσης. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει όταν το ρεύμα ρέει μέσω του ηλεκτρολύτη. Η παρακάτω εικόνα δείχνει το χαρακτηριστικό ρεύματος τάσης, το οποίο δείχνει τη μεταβολή των ρευμάτων μέσα στη συσκευή με την αύξηση της τάσης.

Ο πυκνωτής λειτουργεί κανονικά στην ονομαστική τάση και θερμοκρασία. Εάν εμφανιστεί υπέρταση, ο σχηματισμός του στρώματος οξειδίου επαναλαμβάνεται και αρχίζει να παράγεται μεγάλη ποσότητα θερμότητας, η οποία οδηγεί σε σχηματισμό αερίου και αύξηση της πίεσης μέσα στο σφραγισμένο περίβλημα.

Ως εκ τούτου, οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές είναι ικανοί να εκραγούν, κάτι που συμβαίνει συχνά με τις παλαιές κατασκευές της εποχής της ΕΣΣΔ, οι οποίες διεξήχθησαν σε μία μόνο περίπτωση χωρίς να δημιουργηθεί προστασία από τις εκρήξεις. Αυτή η ιδιότητα συχνά οδήγησε σε βλάβη σε άλλα γειτονικά στοιχεία εξοπλισμού.

Τα σύγχρονα μοντέλα δημιουργούν μια προστατευτική μεμβράνη, η οποία καταστρέφεται στην αρχή του σχηματισμού αερίου και αυτό αποτρέπει μια έκρηξη. Δημιουργείται με τη μορφή εγκοπών των γραμμάτων "T", "Y" ή του σημείου "+".

Τύποι ηλεκτρολυτικών πυκνωτών

Με το σχεδιασμό τους, οι "ηλεκτρολύτες" αναφέρονται σε πολικές συσκευές, δηλαδή πρέπει να λειτουργούν όταν το ρεύμα ρέει μόνο σε μία κατεύθυνση. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα συνεχούς τάσης ή συνεχούς τάσης, λαμβάνοντας υπόψη την κατεύθυνση της διέλευσης των ηλεκτρικών φορτίων.

Για να λειτουργούν σε ημιτονοειδή κυκλώματα ρεύματος, έχουν δημιουργηθεί "μη πολικοί ηλεκτρολύτες". Λόγω πρόσθετων στοιχείων στο σχεδιασμό, με την ίδια χωρητικότητα, έχουν αυξημένες διαστάσεις και, κατά συνέπεια, κόστος.

Ο ηλεκτρολύτης μεταξύ των πλακών μπορεί να χρησιμοποιηθεί συμπυκνωμένα διαλύματα διαφόρων αλκαλίων ή οξέων. Σύμφωνα με τη μέθοδο πλήρωσης τους, οι πυκνωτές χωρίζονται σε:

• υγρό.

• ξηρό

• μεταλλικό οξείδιο.

• οξειδίου ημιαγωγού.

Ως υλικό της ανόδου, μπορεί να επιλεγεί ένα φύλλο από αλουμίνιο, ταντάλιο, νιόβιο ή πυροσυσσωμάτωση. Για τους πυκνωτές ημιαγωγού οξειδίου, η κάθοδος είναι ένα στρώμα ημιαγωγού που εναποτίθεται απευθείας στο στρώμα οξειδίου.

Λειτουργικά χαρακτηριστικά

Η ικανότητα των ηλεκτρολυτών να εκπέμπουν αέρια κατά τη διάρκεια της θέρμανσης υπαγορεύει την ανάγκη για έναν πυκνωτή για να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία για να δημιουργηθεί ένα περιθώριο ονομαστικής τάσης μέχρι 0,5 ÷ 0,6 της τιμής του. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για χρήση σε συσκευές με αυξημένες θερμοκρασίες.

Για πυκνωτές σχεδιασμένους για λειτουργία σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, καθορίζεται η συχνότητα λειτουργίας. Συνήθως είναι 50 hertz. Για να εργάζεστε με σήματα υψηλότερης συχνότητας, είναι απαραίτητο να μειώσετε την τάση λειτουργίας. Διαφορετικά, το διηλεκτρικό θα υπερθερμανθεί και θα σπάσει, θα σπάσει το περίβλημα.

Ηλεκτρολύτες με μεγάλη χωρητικότητα και χαμηλά ρεύματα διαρροής είναι σε θέση να αποθηκεύουν μακροπρόθεσμα τη συσσωρευμένη φόρτιση. Για λόγους ασφαλείας, για την επιτάχυνση της απόρριψης τους, ένας αντιστάτης με αντίσταση 1 MΩ και ισχύ 0,5 W συνδέεται παράλληλα με τους ακροδέκτες.

Για χρήση σε συσκευές υψηλής τάσης, χρησιμοποιούνται πυκνωτές συναρμολογημένοι σε σειριακά κυκλώματα. Για την εξισορρόπηση της τάσης μεταξύ τους, οι αντιστάτες ονομαστικής τιμής από 0,2 έως 1 MΩ συνδέονται παράλληλα με τους ακροδέκτες του καθενός.

Εάν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πολικοί ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές σε κυκλώματα εναλλασσόμενης τάσης, συναρμολογείται ένα κύκλωμα στο οποίο το ρεύμα διαμέσου κάθε στοιχείου περνά μόνο σε μία κατεύθυνση. Για αυτή τη χρήση διόδων και αντίσταση περιορισμού ρεύματος.

Τέτοια κυκλώματα συναρμολογήθηκαν προηγουμένως για να περιστρέψουν τη φάση του ρεύματος σε σχέση με την τάση κατά την εκκίνηση ισχυρών τριφασικών ασύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων από ένα μονοφασικό δίκτυο. Τώρα το θέμα αυτό χάνει ήδη την προηγούμενη σημασία του.

Η απουσία αντιστάσεως περιορισμού ρεύματος σε μια τέτοια αλυσίδα οδηγεί σε υπερθέρμανση του διηλεκτρικού στρώματος και στην αποτυχία του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή.

Ο υγρός ηλεκτρολύτης στεγνώνει διαχρονικά μέσω ελαττωμάτων στο περίβλημα. Λόγω αυτού, η χωρητικότητα μειώνεται σταδιακά. Με τον καιρό, φτάνει μια κρίσιμη τιμή. Ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής που έχει πέσει εκτός λειτουργίας συχνά προκαλεί διακοπή της ηλεκτρικής συσκευής.

Διαταραχές του πυκνωτή λόγω παραβίασης της ισοδύναμης αντίσταση ESR

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν ένα άλλο τεχνικό χαρακτηριστικό που επηρεάζει την απόδοσή του κατά τη λειτουργία. Με την πάροδο του χρόνου, ο πυκνωτής μειώνει σταδιακά την ηλεκτρική αγωγιμότητα μεταξύ των πλακών και των ακροδεκτών λόγω των συνεχώς εμφανιζόμενων εσωτερικών ηλεκτρικών διεργασιών. Η αξία του εκτιμάται από την ισοδύναμη ενεργητική αντίσταση, η οποία υποδεικνύεται από τον δείκτη ESR. Στη ρωσική, ονομάζουν EPS: ισοδύναμη αντιστασιακή σειρά.

Αυτό το παρασιτικό χαρακτηριστικό που προκύπτει δεν επηρεάζει τη λειτουργία των ηλεκτρολυτών σε κυκλώματα με συχνότητα μέχρι 50 Hz, χρησιμοποιώντας την εξώθηση εξόδου του μετασχηματιστή, την διόρθωση διόδου και έναν πυκνωτή για την εξομάλυνση των παλμών. Όμως, σε συσκευές που χρησιμοποιούν σήματα υψηλής συχνότητας μέσα σε τροφοδοτικά τροφοδοσίας, μια τέτοια πρόσθετη ενεργητική αντίσταση σε σειρά με την χωρητικότητα δεν επιτρέπει πλέον στο κύκλωμα να λειτουργεί.

Ένας πυκνωτής με αυξημένο ERS δεν διαφέρει ως προς την εμφάνιση του από έναν εργάτη. Είναι απλά ότι η ενεργή αντίσταση της αυξάνεται κατά περισσότερο από ένα Ohm και μπορεί να φτάσει μέχρι και 10 Ohms.

Μέθοδοι προσδιορισμού

Η βιομηχανία παράγει όργανα που επιτρέπουν τη μέτρηση αυτής της αξίας με βάση ένα πρωτότυπο που επινοήθηκε στη Ρωσία στη δεκαετία του '60. Σας επιτρέπουν να πραγματοποιείτε μετρήσεις χωρίς να εξατμίζετε τους πυκνωτές από το κύκλωμα, εργάζεστε με την αρχή των μετρητών αντίστασης γέφυρας για εναλλασσόμενο ρεύμα.

Οι βιοτέχνες δημιουργούν τα δικά τους απλοποιημένα σχέδια που μας επιτρέπουν να αξιολογήσουμε την υγεία του πυκνωτή με αυτή την παράμετρο βασισμένη στον προσδιορισμό της ενεργού αντίστασης που υπερβαίνει το 1 Ohm. Ως παρόμοια ένδειξη, μπορείτε να συναρμολογήσετε μια απλή συσκευή, που φαίνεται στο διάγραμμα.

Χρησιμοποιείται μια συνηθισμένη μπαταρία τύπου δακτύλου για την τροφοδοσία της. Η λυχνία LED υποδεικνύει την καταλληλότητα του ηλεκτρικού πυκνωτή από την παράμετρο ERS συγκρίνοντας τα σήματα υψηλής συχνότητας στον δακτυλιοειδή μετασχηματιστή που προέρχεται από τον πυκνωτή και το παραγόμενο κύκλωμα ταλάντωσης.

Η εικόνα του ίδιου συστήματος σε μια κάπως απλουστευμένη μορφή φαίνεται παρακάτω.

Ο πυκνωτής δοκιμής συνδέεται με μία περιέλιξη που γίνεται σε μία στροφή σε έναν μετασχηματιστή ενός σιδηρομαγνητικού πυρήνα με μαγνητική διαπερατότητα της τάξης των 800 ÷ 1000. Η τάση σε αυτή την περιέλιξη δεν υπερβαίνει τα 200 millivolts, ώστε να μπορείτε να αξιολογήσετε τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρολύτη χωρίς συγκόλληση από τον πίνακα.

Μια τέτοια ένδειξη δεν απαιτεί ειδικές ρυθμίσεις. Αρκεί να ελέγξετε τη λάμψη της λυχνίας LED της αντίστασης ελέγχου ενός ohm και να την περιηγηθείτε σε περαιτέρω μετρήσεις. Το τρανζίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί από οποιονδήποτε με ρεύμα συλλέκτη 100 mA και κέρδος άνω των 50.

Ένας τέτοιος καθετήρας δεν θα λειτουργεί με ακρίβεια με πυκνωτές που έχουν χωρητικότητα μικρότερη από 100 μF.

Ionistor - υπερκατασκευαστής

Ένα είδος πυκνωτή με ηλεκτρολύτη που παρέχει τη ροή ηλεκτροχημικών διεργασιών είναι ionistor. Χρησιμοποιεί την επίδραση ενός διπλού ηλεκτρικού στρώματος που συμβαίνει όταν το υλικό επένδυσης έρχεται σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη και συνδυάζει τις λειτουργίες ενός πυκνωτή με μια πηγή χημικού ρεύματος.

Ο σχεδιασμός του φαίνεται στην εικόνα.

Εδώ, το πάχος του σχηματισμένου διπλού στρώματος είναι πολύ μικρό. Αυτό σας επιτρέπει να αυξήσετε σημαντικά την ικανότητα του ιονιστή. Επίσης, είναι ευκολότερο για αυτούς τους πυκνωτές να αυξήσουν την περιοχή της επιφάνειας επαφής των πλακών. Είναι κατασκευασμένα από πορώδη υλικά, για παράδειγμα, ενεργό άνθρακα, αφρώδη μέταλλα.

Η χωρητικότητα του ιονιστή μπορεί να φθάσει σε πολλά farads με τάση στις πλάκες μέχρι 10 volts. Την προσλαμβάνει σε σύντομο χρονικό διάστημα και στη συνέχεια το αποθηκεύει αξιόπιστα. Επομένως, τα μοντέλα αυτά χρησιμοποιούνται για την αντιγραφή διαφόρων τροφοδοτικών.

Οι συνθήκες λειτουργίας επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τη διάρκεια της λειτουργικής κατάστασης του ιονιστή. Εάν η θερμοκρασία λειτουργίας δεν υπερβαίνει τους 40 μοίρες και η τάση είναι 60% της ονομαστικής, τότε ο πόρος μπορεί να είναι πάνω από 40.000 ώρες.

Είναι απαραίτητο μόνο να αυξηθεί η θέρμανση της σε 70 μοίρες, και η τάση - έως και 80%, καθώς η διάρκεια ζωής της μπαταρίας μειώνεται σε 500 ώρες. Οι ιωνιστές βρίσκουν μια ευρεία ποικιλία εφαρμογών στην καθημερινή ζωή. Δουλεύουν σε ομάδες ηλιακών συλλεκτών, εξοπλισμού ραδιοφώνου αυτοκινήτου, έξυπνο οικιακό αυτοματισμό.

Ο νοτιοκορεατικός κατασκευαστής αυτοκινήτων Hyundai Motor Company εργάζεται για την παραγωγή ηλεκτρικών λεωφορείων που κινούνται από ιονίστες. Η χρέωση τους σχεδιάζεται να πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια σύντομων στάσεων στη διαδρομή κίνησης.

Στον πυρήνα του, αυτός ο τύπος μεταφοράς αντικαθιστά εντελώς τον τρόλεϊ, ο οποίος αποκλείει ολόκληρο το δίκτυο καλωδίων επαφής από την εργασία.