Elektrolitiniai kondensatoriai

Praktiškai kiekvienas elektrikas susiduria su adapterių, maitinimo šaltinių, įtampos keitiklių darbu. Visuose šiuose įrenginiuose plačiai naudojami elektriniai kondensatoriai, kurie slenge dažnai vadinami „elektrolitais“.

Pagrindinis jų pranašumas yra palyginti didelis talpos dydis ir palyginti mažas dydis. Be to, jų gamyba jau seniai nustatyta, o išlaidos yra palyginti mažos.

Įrenginio principai

Bet kurį kondensatorių sudaro dvi plokštės, kurių tarpas užpildytas dielektriku.

Paveikslėlyje parodyta formulė primena, kad talpa C priklauso nuo kiekvienos plokštės S ploto, atstumo tarp plokštelių d ir jų vidinės dielektrinės konstantos ε. Reikšmė ε0 yra elektrinė konstanta, nulemianti elektrinio lauko stiprį vakuume.

Elektrolitinis kondensatorius nuo visų kitų skiriasi tuo, kad jame naudojamas elektrolito sluoksnis, kuris užpildo tarpą tarp dviejų plokštelių, dažniausiai pagamintų iš folijos plokštelių. Be to, vienas iš jų yra padengtas nedideliu dielektriniu oksido plėvelės sluoksniu.

Folijos juostos yra sulankstytos, atskirtos labai plonu popieriaus padėkliuku, įmirkytu elektrolite. Jo vertė apie 1 μm gali žymiai padidinti kondensatoriaus talpą. Aukščiau pateiktoje C nustatymo formulėje dielektriko sluoksnio storis d yra vardiklyje.

Viršutinis folijos sluoksnis yra padengtas išleidžiamuoju popieriumi, o visa konstrukcija suvyniota, kad būtų galima įdėti į cilindrinį korpusą.

Folijos galuose metalinės plokštės suvirinamos šalto suvirinimo metodais, pateikiant kontaktus, kad būtų galima prisijungti prie elektros grandinės kaip katodo ir anodo. Be to, plokštelėje su oksido sluoksniu susidaro teigiama išvada.

Katodas atlieka elektrolito, liečiančio visą antrosios plokštės paviršių, vaidmenį.

Kadangi kondensatoriaus talpa priklauso nuo plokštelių ploto, vienas iš būdų, kaip jį padidinti, yra įtrauktas į gamybos technologiją - tai paviršiaus gofravimas elektrolitu cheminio ėsdinimo būdu. Tai gali būti atliekama dėl cheminės erozijos ar elektrocheminės korozijos.

Skystieji elektrolitai geba patikimai tekėti į sukurtas mikroskopines anodo įdubas.

Elektros oksidacijos metu ant folijos susidaro oksido sluoksnis. Šis procesas vyksta, kai srovė teka per elektrolitą. Žemiau pateiktoje nuotraukoje parodyta srovės įtampos charakteristika, rodanti srovių pokyčius įrenginio viduje, didėjant įtampai.

Kondensatorius normaliai veikia esant vardinei įtampai ir temperatūrai. Jei atsiranda viršįtampis, vėl susidaro oksido sluoksnis ir pradeda išsiskirti didelis šilumos kiekis, dėl kurio susidaro dujos ir padidėja slėgis sandariame korpuse.

Todėl elektrolitiniai kondensatoriai yra pajėgūs sprogti, kas dažnai nutiko su senomis SSRS laikų konstrukcijomis, kurios buvo vykdomos vienu atveju, nesukuriant apsaugos nuo sprogimo. Ši savybė dažnai sugadino kitus, šalia esančius, įrangos elementus.

Šiuolaikiniai modeliai sukuria apsauginę membraną, kuri sunaikinama dujų susidarymo pradžioje ir tai apsaugo nuo sprogimo. Jis pagamintas raidžių „T“, „Y“ arba ženklo „+“ išpjovų pavidalu.

Elektrolitinių kondensatorių tipai

Pagal savo konstrukciją „elektrolitai“ reiškia polinius įtaisus, tai yra, jie turi veikti, kai srovė teka tik viena kryptimi. Todėl jie naudojami nuolatinės srovės arba bangos įtampos grandinėse, atsižvelgiant į elektros krūvio praėjimo kryptį.

Norint veikti sinusoidinėse srovės grandinėse, buvo sukurti „nepoliniai elektrolitai“. Dėl papildomų elementų konstrukcijoje, esant vienodai talpai, jie padidino matmenis ir atitinkamai kainuos.

Elektrolitai tarp plokštelių gali būti naudojami koncentruoti įvairių šarmų ar rūgščių tirpalai. Pagal jų užpildymo būdą kondensatoriai skirstomi į:

• skystas;

• sausas

• metalo oksidas;

• puslaidininkio oksidas.

Kaip anodo medžiagą galima pasirinkti aliuminio, tantalo, niobio ar sukepintų miltelių foliją. Oksidiniams puslaidininkiniams kondensatoriams katodas yra puslaidininkio sluoksnis, dedamas tiesiai ant oksido sluoksnio.

Veikimo ypatybės

Elektrolitų gebėjimas išmesti dujas kaitinant diktuoja kondensatoriaus poreikį, kad būtų užtikrintas patikimumas, sukuriant vardinės įtampos ribą iki 0,5 ÷ 0,6 jos vertės. Tai ypač pasakytina apie prietaisus su padidinta temperatūra.

Kondensatoriams, suprojektuotiems veikti kintamos įtampos grandinėse, nurodomas veikimo dažnis. Paprastai jis yra 50 Hz. Norint dirbti su aukštesnio dažnio signalais, būtina sumažinti darbinę įtampą. Priešingu atveju dielektrikas perkais ir sutriks korpuso plyšimas.

Didelės talpos ir mažos nuotėkio srovės elektrolitai sugeba ilgai kaupti sukauptą krūvį. Saugumo sumetimais, norint pagreitinti jų iškrovimą, lygiagrečiai su gnybtais yra sujungtas rezistorius, kurio varža 1 MΩ ir 0,5 W galia.

Norint naudoti aukštos įtampos įrenginiuose, naudojami kondensatoriai, surinkti nuosekliose grandinėse. Norint išlyginti įtampą tarp jų, varžai, kurių nominali vertė yra nuo 0,2 iki 1 MΩ, yra sujungti lygiagrečiai kiekvieno iš jų gnybtams.

Jei kintamos įtampos grandinėse reikia naudoti polinius elektrolitinius kondensatorius, surenkama grandinė, kurioje srovė per kiekvieną elementą praeina tik viena kryptimi. Šiam naudojimui diodai ir srovę ribojantis rezistorius.

Tokios schemos anksčiau buvo surenkamos, kad būtų galima pasukti srovės fazę įtampos atžvilgiu, kai iš vienfazis tinklo paleidžiami galingi trifaziai asinchroniniai elektros varikliai. Dabar šis klausimas jau praranda savo ankstesnį aktualumą.

Srovę ribojančio rezistoriaus nebuvimas tokioje grandinėje lemia dielektriko sluoksnio perkaitimą ir elektrolitinio kondensatoriaus gedimą.

Skystas elektrolitas džiūsta per laiką dėl korpuso defektų. Dėl šios priežasties talpa pamažu mažėja. Laikui bėgant jis pasiekia kritinę vertę. Neveikęs elektrolitinis kondensatorius dažnai sukelia elektros prietaiso gedimą.

Kondensatoriaus gedimai dėl lygiaverčio atsparumo ESR pažeidimo

Elektrolitiniai kondensatoriai turi dar vieną techninę savybę, turinčią įtakos jo našumui veikiant. Laikui bėgant dėl ​​nuolat vykstančių vidinių elektrinių procesų kondensatorius palaipsniui mažina laidumą tarp plokščių ir gnybtų. Jo vertė apskaičiuojama pagal ekvivalentinį aktyvųjį pasipriešinimą, kurį nurodo ESR indeksas. Rusiškai jie vadina EPS: lygiavertis serijos pasipriešinimas.

Ši atsirandanti parazitinė savybė neturi įtakos elektrolitų veikimui grandinėse, kurių dažnis neviršija 50 Hz, naudojant transformatoriaus išvestinę apviją, diodo rektifikaciją ir kondensatorių, kad būtų galima išlyginti pulsaciją. Bet įrenginiuose, naudojančiuose aukšto dažnio signalus perjungimo maitinimo šaltiniuose, tokia padidinta aktyvioji varža nuosekliai, nebeleidžia grandinei veikti.

Kondensatorius su padidinta ERS savo išvaizda nesiskiria nuo darbinio. Tiesiog jo aktyvusis pasipriešinimas padidėja daugiau nei vienu omu ir gali siekti iki 10 omų.

Nustatymo metodai

Pramonė gamina instrumentus, leidžiančius išmatuoti šią vertę remiantis 60-aisiais Rusijoje sugalvotu prototipu. Jie leidžia atlikti matavimus neišgarinant kondensatorių iš grandinės, dirbti tilto varžos matuoklių kintamajai srovei principu.

Amatininkai sukuria savo supaprastintas konstrukcijas, kurios leidžia mums įvertinti kondensatoriaus būklę šiuo parametru, remiantis aktyviojo atsparumo, viršijančio 1 omą, nustatymu. Kaip panašų rodiklį galite surinkti paprastą įrenginį, parodytą diagramoje.

Jai maitinti naudojama įprasta piršto tipo baterija. Šviesos diodas parodo elektrinio kondensatoriaus tinkamumą pagal ERS parametrą, palygindamas aukšto dažnio signalus ant toroidinio transformatoriaus, sklindančio iš kondensatoriaus, ir generuojamą virpesių grandinę.

Tos pačios schemos vaizdas šiek tiek supaprastinta forma parodytas žemiau.

Bandomasis kondensatorius yra sujungtas su apvija, padaryta vienu pasukimu ant feromagnetinio šerdies transformatoriaus, kurio magnetinis pralaidumas yra maždaug 800 ÷ 1000. Šios apvijos įtampa neviršija 200 milivoltų, todėl galite įvertinti elektrolito savybes be litavimo iš lentos.

Tokiam indikatoriui nereikia jokių specialių nustatymų. Pakanka patikrinti šviesos diodo spindesį ant vieno omo valdymo rezistoriaus ir naršyti po jo ateityje atliekant matavimus. Tranzistorių gali naudoti visi, kurių kolektoriaus srovė yra 100 mA, o galia didesnė kaip 50.

Toks zondas neveiks tiksliai su kondensatoriais, kurių talpa mažesnė kaip 100 μF.

Jonistorius - superkondensatorius

Kondensatorius su elektrolitu, užtikrinantis elektrocheminių procesų srautą, yra jonistorius. Jis naudoja dvigubo elektrinio sluoksnio poveikį, atsirandantį, kai pamušalo medžiaga liečiasi su elektrolitu, ir sujungia kondensatoriaus funkcijas su cheminės srovės šaltiniu.

Jos dizainas parodytas paveikslėlyje.

Čia susiformavusio dvigubo sluoksnio storis yra labai mažas. Tai leidžia žymiai padidinti jonistoriaus talpą. Taip pat šiems kondensatoriams lengviau padidinti plokščių kontaktinio paviršiaus plotą. Jie gaminami iš porėtų medžiagų, pavyzdžiui, aktyvuotos anglies, putplasčio metalų.

Jonistoriaus talpa gali siekti keletą faradų, kurių plokštelių įtampa yra iki 10 voltų. Jis įdarbina jį per trumpą laiką ir tada patikimai išsaugo. Todėl šie modeliai naudojami atsarginėms įvairių energijos šaltinių atsarginėms kopijoms kurti.

Veikimo sąlygos daro didelę įtaką jonistoriaus veikimo būsenos trukmei. Jei darbinė temperatūra neviršija 40 laipsnių, o įtampa yra 60% nominalios, tada resursas gali būti daugiau nei 40 000 valandų.

Reikia tik padidinti jo šildymą iki 70 laipsnių, o įtampą - iki 80%, nes baterijos veikimo laikas sumažėja iki 500 valandų. Jonistai kasdieniniame gyvenime randa daugybę įvairių pritaikymų. Jie dirba komplektuose su saulės baterijomis, automobilių radijo įranga, protinga namų automatizacija.

Pietų Korėjos automobilių gamintoja „Hyundai Motor Company“ gamina elektrinius autobusus, maitinamus jonizatoriais. Jų įkrovimą planuojama atlikti per trumpus sustojimus judėjimo maršrute.

Esmė yra tokia, kad šis transportas visiškai pakeičia troleibusą, kuris pašalina visą kontaktinio laido tinklą iš darbo.