Elektrolyyttikondensaattorit

Käytännössä jokainen sähköasentaja kohtaa sovittimien, virtalähteiden ja jännitemuuntajien työn. Kaikissa näissä laitteissa käytetään laajalti sähkökondensaattoreita, joita slängissä kutsutaan usein ”elektrolyytteiksi”.

Niiden tärkein etu on suhteellisen suuri kapasitanssin koko suhteellisen pienellä koossa. Lisäksi niiden tuotanto on jo kauan vakiintunut ja kustannukset ovat suhteellisen alhaiset.

Laiteperiaatteet

Mikä tahansa kondensaattori koostuu kahdesta levystä, joiden välinen tila on täytetty dielektrisellä aineella.

Kuvassa esitetty kaava muistuttaa, että kapasitanssi C riippuu kunkin levyn S pinta-alasta, levyjen d etäisyydestä ja niiden sisällä olevan väliaineen dielektrisyysvakiosta ε. Arvo ε0 on sähkövakio, joka määrittää tyhjiön sisällä olevan sähkökentän voimakkuuden.

Elektrolyyttikondensaattori eroaa kaikista muista siinä, että se käyttää elektrolyyttikerrosta, joka täyttää tilan kahden levyn välillä, useimmiten valmistettu foliolevyistä. Lisäksi yksi niistä on peitetty pienellä dielektrisellä kerroksella oksidikalvoa.

Kalvoteipit taitetaan yhteen, erottamalla niistä erittäin ohut paperityyny, joka on kastettu elektrolyyttiin. Sen arvo noin 1 μm voi lisätä merkittävästi kondensaattorin kapasitanssia. Yllä olevassa kaavassa C: n määrittämiseksi dielektrisen kerroksen paksuus d on nimittäjä.

Kalvon yläkerros päällystetään irrokepaperilla ja koko rakenne rullataan sylinterimäiseen runkoon sijoittamista varten.

Kalvon päissä metallilevyt hitsataan kylmähitsausmenetelmillä, jolloin saadaan koskettimet kytkentään sähköpiiriin katodina ja anodina. Lisäksi levylle muodostetaan positiivinen johtopäätös oksidikerroksen kanssa.

Katodilla on elektrolyytin rooli, joka koskettaa toisen levyn koko pintaa.

Koska kondensaattorin kapasitanssi riippuu levyjen pinta-alasta, yksi tapa lisätä sitä sisältyy tuotantoteknologiaan - tämä on pinnan aallottelu elektrolyytin avulla kemiallisella etsauksella. Se voidaan suorittaa kemiallisen eroosion tai sähkökemiallisen korroosion takia.

Nestemäiset elektrolyytit kykenevät virtaamaan luotettavasti anodin luomiin mikroskooppisiin syvennyksiin.

Kalvon oksidikerros muodostetaan sähköisen hapettumisen aikana. Tämä prosessi tapahtuu, kun virta virtaa elektrolyytin läpi. Alla olevassa kuvassa näkyy virta-jänniteominaisuus, joka osoittaa virran muutoksen laitteen sisällä lisääntyvän jännitteen kanssa.

Kondensaattori toimii normaalisti nimellisjännitteellä ja lämpötilassa. Ylijännitteen esiintyessä oksidikerroksen muodostuminen jatkuu ja alkaa muodostua suuri määrä lämpöä, mikä johtaa kaasun muodostumiseen ja paineen kasvuun suljetun kotelon sisällä.

Siksi elektrolyyttikondensaattorit voivat räjähtää, mikä tapahtui usein Neuvostoliiton aikojen vanhojen rakenteiden kanssa, jotka tehtiin yhdessä tapauksessa luomatta räjähdyssuojausta. Tämä ominaisuus johti usein vaurioihin muille, vierekkäisille laiteelementeille.

Nykyaikaiset mallit luovat suojakalvon, joka tuhoutuu kaasun muodostumisen alussa ja tämä estää räjähdyksen. Se on tehty kirjaimien "T", "Y" tai merkin "+" lovien muodossa.

Elektrolyyttikondensaattoreiden tyypit

Suunnittelullaan ”elektrolyytit” viittaavat napalaitteisiin, toisin sanoen niiden on toimittava, kun virta virtaa vain yhteen suuntaan. Siksi niitä käytetään tasavirta- tai aaltojännitepiireissä ottaen huomioon sähkövarausten kulkusuunta.

Sinimuotoisissa virtapiireissä toimimiseksi on luotu ”ei-polaarisia elektrolyyttejä”. Koska suunnittelussa on lisäelementtejä, joilla on sama kapasiteetti, ne ovat lisänneet mittoja ja vastaavasti kustannuksia.

Levyjen välisessä elektrolyytissä voidaan käyttää eri alkalien tai happojen väkeviä liuoksia. Niiden täyttötavan mukaan kondensaattorit jaetaan:

• nestemäinen;

• kuivua;

• oksidi metalli;

• puolijohdeoksidi.

Anodin materiaalina voidaan valita alumiinifolio, tantaali, niobium tai sintrattu jauhe. Oksidipuolijohdekondensaattoreille katodi on puolijohdekerros, joka on kerrostettu suoraan oksidikerrokseen.

Käyttöominaisuudet

Elektrolyyttien kyky päästää kaasuja lämmityksen aikana määrää kondensaattorin tarpeen varmistaa luotettavuus nimellisjännitemarginaalin luomiseksi 0,5–0,6: iin sen arvosta. Tämä pätee erityisesti laitteisiin, joissa on korkeat lämpötilat.

Vaihtojännitepiireissä käytettäväksi suunniteltujen kondensaattoreiden toimintataajuus määritetään. Yleensä se on 50 hertsiä. Jotta korkeamman taajuuden signaaleilla voidaan työskennellä, on tarpeen vähentää käyttöjännitettä. Muutoin dielektrisyys ylikuumenee ja rikkoutuu, kotelo repeytyy.

Elektrolyytit, joilla on suuri kapasiteetti ja pienet vuotovirrat, pystyvät varastoimaan kertyneen varauksen pitkäaikaisesti. Turvallisuussyistä niiden purkamisen nopeuttamiseksi on vastus, jonka vastus on 1 MΩ ja teho 0,5 W, kytketty riviliittimien kanssa.

Suurjännitelaitteissa käytetään sarjapiireihin koottuja kondensaattoreita. Jännitteen tasaamiseksi välillä, vastukset, joiden nimellisarvo on 0,2 - 1 MΩ, on kytketty yhdensuuntaisesti kunkin liittimen kanssa.

Jos on tarpeen käyttää polaarisia elektrolyyttikondensaattoreita vaihtojännitepiireissä, asennetaan piiri, jossa kunkin elementin läpi kulkeva virta kulkee vain yhteen suuntaan. Tätä käyttöä varten diodit ja virtaa rajoittava vastus.

Tällaiset järjestelyt on aikaisemmin koottu kääntämään virran vaihetta jännitteeseen, kun käynnistetään voimakkaita kolmivaiheisia asynkronisia sähkömoottoreita yksivaiheisesta verkosta. Nyt tämä aihe on menettänyt jo entisen merkityksensä.

Virtarajoittavan vastuksen puuttuminen tällaisessa piirissä johtaa dielektrisen kerroksen ylikuumenemiseen ja elektrolyyttikondensaattorin vioittumiseen.

Nestemäinen elektrolyytti kuivuu ajan kuluessa kotelon virheiden kautta. Tämän vuoksi kapasiteettia pienennetään vähitellen. Ajan myötä se saavuttaa kriittisen arvon. Toimimatta kaatunut elektrolyyttikondensaattori aiheuttaa usein sähkölaitteen rikkoutumisen.

Kondensaattorin toimintahäiriöt vastaavan vastus ESR: n rikkomisesta

Elektrolyyttisillä kondensaattoreilla on toinen tekninen ominaisuus, joka vaikuttaa sen suorituskykyyn käytön aikana. Ajan myötä kondensaattori vähentää asteittain levyjen ja napojen välistä sähkönjohtavuutta jatkuvasti esiintyvien sisäisten sähköisten prosessien takia. Sen arvo arvioidaan vastaavalla aktiivisella vastuksella, joka on osoitettu ESR-indeksillä. Venäjän kielellä he kutsuvat EPS: ekvivalentti sarjavastus.

Tämä syntyvä loisominaisuus ei vaikuta elektrolyyttien toimintaan piirissä, joiden taajuus on enintään 50 hertsiä, käyttämällä muuntajan lähtökäämiä, diodin tasasuuntaamista ja kondensaattoria pulsaatioiden tasoittamiseksi. Mutta laitteissa, jotka käyttävät korkeataajuisia signaaleja kytkentävirtalähteiden sisällä, tällainen lisätty aktiivinen vastus sarjaan kapasitanssille ei enää anna piirin toimia.

Kondensaattori, jolla on lisääntynyt ERS, ei eroa ulkonäöltään toimivasta. Se on vain, että sen aktiivinen vastus kasvaa useammalla kuin yhdellä ohmilla ja voi nousta jopa 10 ohmiin.

Määritysmenetelmät

Teollisuus tuottaa instrumentteja, jotka mahdollistavat tämän arvon mittaamisen Venäjällä 60-luvulla keksimän prototyypin perusteella. Niiden avulla voit tehdä mittauksia haihduttamatta kondensaattoreita piiristä, työskentelevät sillan vastusmittarien vaihtovirran periaatteen mukaisesti.

Käsityöläiset luovat omat yksinkertaistetut mallinsa, joiden avulla voimme arvioida kondensaattorin terveyttä tällä parametrilla yli 1 ohmin aktiivisen resistanssin määrittämisen perusteella. Samankaltaisena indikaattorina voit koota yksinkertaisen laitteen, joka on esitetty kaaviossa.

Virransäästöä varten käytetään tavallista sormen tyyppistä akkua. LED osoittaa sähkökondensaattorin soveltuvuuden ERS-parametrilla vertaamalla kondensaattorista tulevan toroidimuuntajan korkean taajuuden signaaleja ja generoitua värähtelypiiriä.

Kuva samasta järjestelmästä hieman yksinkertaistetussa muodossa on esitetty alla.

Testikondensaattori on kytketty käämiin, joka on tehty yhdellä kierroksella ferromagneettisen ytimen muuntajan päälle, jonka magneettinen läpäisevyys on luokkaa 800 ÷ 1000. Tämän käämin jännite ei ylitä 200 millivolttia, joten voit arvioida elektrolyytin ominaisuudet juottamatta levyltä.

Tällainen ilmaisin ei vaadi erityisasetuksia. Riittää, kun tarkistetaan yhden ohmin ohjausvastuksessa olevan LEDin hehku ja navigoidaan siinä tulevissa mittauksissa. Transistoria voi käyttää kuka tahansa, jonka kollektorivirta on 100 mA ja vahvistus yli 50.

Tällainen anturi ei toimi tarkasti kondensaattoreiden kanssa, joiden kapasitanssi on alle 100 μF.

Ionistori - superkondensaattori

Eräänlainen kondensaattori, jossa on elektrolyytti, joka tarjoaa sähkökemiallisten prosessien virtauksen, on ionistor. Se käyttää kaksinkertaisen sähkökerroksen vaikutusta, joka syntyy, kun vuorausmateriaali joutuu kosketukseen elektrolyytin kanssa ja yhdistää kondensaattorin toiminnot kemiallisen virtalähteen kanssa.

Sen muotoilu näkyy kuvassa.

Tässä muodostuneen kaksoiskerroksen paksuus on hyvin pieni. Tämän avulla voit lisätä ionistorin kapasiteettia merkittävästi. Näiden kondensaattoreiden on myös helpompaa lisätä levyjen kosketuspinta-alaa. Ne on valmistettu huokoisista materiaaleista, esimerkiksi aktiivihiilestä, vaahdotettavista metalleista.

Ionistorin kapasiteetti voi saavuttaa useita faareja, joiden levyjen jännite on enintään 10 volttia. Hän rekrytoi sen lyhyessä ajassa ja tallentaa sen sitten luotettavasti. Siksi näitä malleja käytetään erilaisten virtalähteiden varmuuskopiointiin.

Käyttöolosuhteet vaikuttavat suuresti ionistorin toimintatilan kestoon. Jos käyttölämpötila ei ylitä 40 astetta ja jännite on 60% nimellisarvosta, resurssi voi olla yli 40 000 tuntia.

On vain tarpeen lisätä sen lämmitys 70 asteeseen ja jännite - jopa 80%, koska akun käyttöikä lyhenee 500 tuntiin. Ionistit löytävät monenlaisia ​​sovelluksia arjessa. He työskentelevät aurinkopaneeleissa, autoradiolaitteissa, älykäs kodin automaatio.

Etelä-korealainen autovalmistaja Hyundai Motor Company työskentelee ionisaattorien käyttämien sähköbussien tuotannossa. Heidän veloituksensa on tarkoitus suorittaa lyhyiden pysähdysten aikana liikkeelle.

Sen ytimessä tämäntyyppinen kuljetus korvaa kokonaan vaunuväylän, joka sulkee koko yhteysjohtoverkon pois työstä.