Elektrolitički kondenzatori

U praksi se svaki električar suočava s radom adaptera, napajanja, pretvarača napona. U svim tim uređajima se široko koriste električni kondenzatori koji se na slengu često nazivaju i „elektroliti“.

Njihova glavna prednost je relativno velika veličina kapaciteta s relativno malom veličinom. Osim toga, njihova je proizvodnja odavno uspostavljena, a trošak je relativno nizak.

Načela uređaja

Bilo koji kondenzator sastoji se od dvije ploče, među kojima je prostor ispunjen dielektrikom.

Formula prikazana na slici podsjeća da kapacitet C ovisi o površini svake ploče S, udaljenosti između ploča d i dielektričnoj konstanti medija unutar njih ε. Vrijednost ε0 je električna konstanta koja određuje jačinu električnog polja unutar vakuuma.

Elektrolitički kondenzator razlikuje se od svih ostalih po tome što koristi sloj elektrolita koji ispunjava prostor između dviju ploča, najčešće izrađenih od ploča od folije. Štoviše, jedan od njih prekriven je malim dielektričnim slojem oksidnog filma.

Folije s trakama su presavijene, razdvojene vrlo tankim papirnatim jastučićima natopljenim u elektrolitu. Njegova vrijednost od oko 1 µm može značajno povećati kapacitet kondenzatora. U gornjoj formuli za određivanje C debljina dielektričnog sloja d nalazi se u nazivniku.

Gornji sloj folije prekriven je otpuštajućim papirom, a cijela je struktura valjana za cilindrično tijelo.

Na krajevima folije metalne ploče su zavarene metodama hladnog zavarivanja, koje pružaju kontakte za spajanje na električni krug kao katode i anode. Štoviše, na ploči se stvara pozitivni zaključak s oksidnim slojem.

Katoda igra ulogu elektrolita koji kontaktira cijelu površinu druge ploče.

Budući da kapacitet kondenzatora ovisi o površini ploča, jedan od načina za povećanje je uključen u tehnologiju proizvodnje - to je valjanje površine elektrolitom kemijskim jetkanjem. Može se izvesti zbog kemijske erozije ili elektrokemijske korozije.

Tečni elektroliti mogu pouzdano teći u stvorena mikroskopska udubljenja anode.

Tijekom električne oksidacije stvara se oksidni sloj na foliji. Taj se proces događa kada struja teče kroz elektrolit. Donja slika prikazuje karakteristiku napona struje, pokazujući promjenu struje unutar uređaja s povećanjem napona.

Kondenzator normalno radi pri nazivnom naponu i temperaturi. Ako dođe do prenapona, nastaje oksidni sloj i počinje se stvarati velika količina topline, što dovodi do stvaranja plina i povećanja tlaka unutar zatvorenog kućišta.

Stoga su elektrolitički kondenzatori sposobni eksplodirati, što se često događalo sa starim konstrukcijama iz vremena SSSR-a, a koje su izvedene u jednom slučaju bez stvaranja zaštite od eksplozije. Ovaj je objekt često dovodio do oštećenja drugih, susjednih elemenata opreme.

Suvremeni modeli stvaraju zaštitnu membranu koja se uništava na početku stvaranja plina i to sprečava eksploziju. Izrađuje se u obliku zareza slova "T", "Y" ili znaka "+".

Vrste elektrolitskih kondenzatora

"Elektroliti" se u svom dizajnu odnose na polarne uređaje, to jest, moraju raditi kada struja teče samo u jednom smjeru. Stoga se koriste u krugovima stalnog ili valovitog napona, uzimajući u obzir smjer prolaska električnih naboja.

Za rad u sinusnim strujnim krugovima stvoreni su "nepolarni elektroliti". Zbog dodatnih elemenata u dizajnu, s jednakim kapacitetom, povećali su dimenzije i, sukladno tome, cijenu.

Elektrolit između ploča može se koristiti koncentrirane otopine različitih alkalija ili kiselina. Prema načinu punjenja kondenzatori se dijele na:

• tekućina;

• osuši;

• oksidni metal;

• poluvodički oksid.

Kao materijal anode može se odabrati folija od aluminija, tantala, niobija ili sintranog praha. Kod oksidnih poluvodičkih kondenzatora, katoda je polumonovodički sloj taložen izravno na oksidni sloj.

Radne značajke

Sposobnost elektrolita da emitira plinove tijekom zagrijavanja diktira potrebu za kondenzatorom kako bi se osigurala pouzdanost za stvaranje margine na nazivni napon do 0,5 ÷ 0,6 njegove vrijednosti. To se posebno odnosi na uređaje s povišenim temperaturama.

Za kondenzatore dizajnirane za rad u krugovima izmjeničnog napona određuje se radna frekvencija. Obično je to 50 hertza. Za rad s signalima visoke frekvencije potrebno je smanjiti radni napon. Inače će doći do pregrijavanja dielektrika i loma, puknuća kućišta.

Elektroliti velikog kapaciteta i male curenja mogu dugoročno čuvati nakupljeni naboj. Da bi se ubrzalo njihovo pražnjenje, iz sigurnosnih razloga paralelno sa priključcima priključuje se otpornik otpornosti 1 MΩ i snage 0,5 W.

Za uporabu u visokonaponskim uređajima koriste se kondenzatori sastavljeni u serijskim krugovima. Da se izjednači napon između njih, otpornici nominalne vrijednosti od 0,2 do 1 MΩ spojeni su paralelno sa terminalima svakog.

Ako je potrebno koristiti polarne elektrolitičke kondenzatore u izmjeničnim naponskim krugovima, sastavlja se krug u kojem struja kroz svaki element prolazi samo u jednom smjeru. Za ovu upotrebu diode i strujni ograničavajući otpornik.

Takvi su sklopovi prethodno sastavljeni da okreću fazu struje u odnosu na napon pri pokretanju moćnih trofaznih asinkronih elektromotora iz jednofazne mreže. Sada ovo pitanje već gubi svoju prijašnju važnost.

Odsutnost otpornika koji ograničava struju u takvom lancu dovodi do pregrijavanja dielektričnog sloja i kvara elektrolitičkog kondenzatora.

Tekući elektrolit se suši kroz vrijeme kroz oštećenja na kućištu. Zbog toga se kapacitet postupno smanjuje. S vremenom dostiže kritičnu vrijednost. Elektrolitički kondenzator koji je ispao iz rada često uzrokuje kvar u električnom uređaju.

Neispravnosti kondenzatora zbog kršenja ekvivalentne otpornosti otpornosti

Elektrolitički kondenzatori imaju još jedno tehničko svojstvo koje utječe na njegove performanse tijekom rada. S vremenom kondenzator postupno smanjuje električnu vodljivost između ploča i terminala zbog stalno nastalih unutarnjih električnih procesa. Njegova vrijednost procjenjuje se ekvivalentnim aktivnim otporom, koji je označen indeksom ESR. Na ruskom jeziku zovu EPS: ekvivalentni serijski otpor.

Ova parazitska karakteristika, koja se javlja, ne utječe na rad elektrolita u krugovima s frekvencijom do 50 hertza, koristeći izlazno namotavanje transformatora, ispravljanje dioda i kondenzator za poravnavanje pulsacija. No, u uređajima koji koriste visokofrekventne signale unutar izmjeničnih napajanja, takav dodani aktivni otpor u nizu do kapacitivnosti više ne dopušta rad kruga.

Kondenzator s povećanim ERS-om ne razlikuje se po izgledu od radnog. Upravo se njegov aktivni otpor povećava za više od jednog Ohma i može doseći do 10 Ohma.

Metode određivanja

Industrija proizvodi instrumente koji omogućuju mjerenje ove vrijednosti na temelju prototipa izumljenog u Rusiji 60-ih. Omogućuju vam mjerenje bez isparavanja kondenzatora iz kruga, rade na principu mjerača otpora mosta za izmjeničnu struju.

Obrtnici stvaraju vlastite pojednostavljene dizajne koji nam omogućuju procjenu zdravlja kondenzatora prema ovom parametru na temelju određivanja aktivnog otpora koji prelazi 1 Ohm. Kao sličan pokazatelj, možete sastaviti jednostavan uređaj, prikazan na dijagramu.

Za napajanje se koristi obična baterija tipa prsta. LED pokazuje prikladnost električnog kondenzatora prema ERS parametru usporedbom visokofrekventnih signala na toroidnom transformatoru koji dolaze iz kondenzatora i generiranog oscilirajućeg kruga.

Slika iste sheme u nešto pojednostavljenom obliku prikazana je dolje.

Ispitni kondenzator spojen je s namotom izvedenim u jednom okretaju na transformatoru feromagnetske jezgre magnetske propusnosti veličine 800 ÷ 1000. Napon na ovom namotu ne prelazi 200 milivolta, tako da možete procijeniti karakteristike elektrolita bez lemljenja s ploče.

Takav indikator ne zahtijeva posebne postavke. Dovoljno je provjeriti sjaj LED-a na upravljačkom otporniku od jednog ohma i kretati se kroz njega u daljnjim mjerenjima. Tranzistor može koristiti bilo tko s kolektorskom strujom od 100 mA i dobitkom većim od 50.

Takva sonda neće raditi točno s kondenzatorima koji imaju kapacitet manji od 100 μF.

Ionistor - superkapacitor

Neka vrsta kondenzatora s elektrolitom koji osigurava protok elektrokemijskih procesa ionistor, Koristi učinak dvostrukog električnog sloja koji nastaje kada materijal obloge dođe u kontakt s elektrolitom i kombinira funkcije kondenzatora s kemijskim izvorom struje.

Njegov dizajn je prikazan na slici.

Ovdje je debljina formiranog dvostrukog sloja vrlo mala. To vam omogućuje značajno povećanje kapaciteta ionistara. Također, ovim kondenzatorima je lakše povećati površinu kontaktne površine ploča. Izrađene su od poroznih materijala, na primjer, aktivnog ugljena, pjenastih metala.

Kapacitet ionistara može doseći nekoliko farada s naponom na pločama do 10 volti. Zapošljava ga u kratkom vremenu i zatim pouzdano štedi. Stoga se ovi modeli koriste za izradu sigurnosnih kopija različitih izvora napajanja.

Radni uvjeti uvelike utječu na trajanje radnog stanja ionista. Ako radna temperatura ne prelazi 40 stupnjeva, a napon je 60% od nazivne, tada resurs može biti veći od 40.000 sati.

Potrebno je samo povećati njegovo zagrijavanje na 70 stupnjeva, a napon - do 80%, jer se vijek trajanja baterije smanjuje na 500 sati. Ionisti pronalaze širok izbor primjene u svakodnevnom životu. Rade u setovima solarnih panela, opreme za autoradio, pametna automatizacija doma.

Južnokorejski proizvođač automobila Hyundai Motor Company radi na proizvodnji električnih autobusa koje pokreću ionistori. Planira se njihovo punjenje tijekom kratkih zaustavljanja na ruti kretanja.

U svojoj srži, ova vrsta prijevoza u potpunosti zamjenjuje trolejbus, što isključuje čitavu mrežu kontaktnih žica.