Elektrolytische condensatoren

In de praktijk wordt elke elektricien geconfronteerd met het werk van adapters, voedingen en spanningsomzetters. In al deze apparaten worden elektrische condensatoren op grote schaal gebruikt, die vaak worden genoemd "elektrolyten" op jargon.

Hun belangrijkste voordeel is de relatief grote grootte van de capaciteit met een relatief kleine grootte. Bovendien is hun productie al lang gevestigd en zijn de kosten relatief laag.

Device principes

Elke condensator bestaat uit twee platen, waartussen de ruimte is gevuld met een diëlektricum.

De in de afbeelding getoonde formule herinnert eraan dat de capaciteit C afhankelijk is van het gebied van elke plaat S, de afstand tussen de platen d en de diëlektrische constante van het medium erin ε. De waarde ε0 is de elektrische constante die de sterkte van het elektrische veld in het vacuüm bepaalt.

De elektrolytische condensator verschilt van alle andere doordat hij een elektrolytlaag gebruikt die de ruimte tussen de twee platen vult, meestal gemaakt van folieplaten. Bovendien is een van hen bedekt met een kleine diëlektrische laag van de oxidefilm.

Foliebanden worden samengevouwen, gescheiden door een zeer dunne papieren pad gedrenkt in elektrolyt. De waarde van ongeveer 1 μm kan de capaciteit van de condensator aanzienlijk verhogen. In de bovenstaande formule voor het bepalen van C is de dikte van de diëlektrische laag d in de noemer.

De bovenste laag van de folie is bedekt met lossingspapier en de gehele structuur is opgerold voor plaatsing in een cilindrisch lichaam.

Aan de uiteinden van de folie worden metalen platen gelast door koudlasmethoden, die contacten verschaffen voor aansluiting op het elektrische circuit als een kathode en anode. Bovendien wordt een positieve conclusie gevormd op de plaat met de oxidelaag.

De kathode speelt de rol van een elektrolyt die contact maakt met het gehele oppervlak van de tweede plaat.

Omdat de capaciteit van de condensator afhangt van het oppervlak van de platen, is een van de manieren om deze te vergroten opgenomen in de productietechnologie - dit is de golf van het oppervlak door elektrolyt door chemisch etsen. Het kan worden uitgevoerd als gevolg van chemische erosie of elektrochemische corrosie.

Vloeibare elektrolyten kunnen betrouwbaar in de gecreëerde microscopische uitsparingen van de anode stromen.

Een oxidelaag op de folie ontstaat tijdens elektrische oxidatie. Dit proces vindt plaats wanneer stroom door de elektrolyt stroomt. De onderstaande afbeelding toont de stroomspanningskarakteristiek en toont de verandering in stromen in het apparaat met toenemende spanning.

De condensator werkt normaal bij nominale spanning en temperatuur. Als overspanning optreedt, wordt de vorming van de oxidelaag hervat en begint een grote hoeveelheid warmte te worden gegenereerd, wat leidt tot gasvorming en een toename van de druk in de afgedichte omhulling.

Daarom kunnen elektrolytische condensatoren exploderen, wat vaak gebeurde met oude constructies uit de tijd van de USSR, die in een enkel geval werden uitgevoerd zonder explosiebeveiliging te creëren. Deze eigenschap leidde vaak tot schade aan andere, aangrenzende apparatuurelementen.

Moderne modellen creëren een beschermend membraan, dat aan het begin van de gasvorming wordt vernietigd en dit voorkomt een explosie. Het is gemaakt in de vorm van inkepingen van de letters "T", "Y" of het teken "+".

Soorten elektrolytische condensatoren

Door hun ontwerp verwijzen "elektrolyten" naar polaire apparaten, dat wil zeggen dat ze moeten werken wanneer de stroom in slechts één richting stroomt. Daarom worden ze gebruikt in gelijkstroom- of rimpelspanningscircuits, rekening houdend met de doorvoerrichting van elektrische ladingen.

Om in sinusvormige stroomkringen te werken, zijn "niet-polaire elektrolyten" gecreëerd. Vanwege extra elementen in het ontwerp, met gelijke capaciteit, hebben ze grotere afmetingen en, dienovereenkomstig, kosten.

De elektrolyt tussen de platen kan geconcentreerde oplossingen van verschillende alkaliën of zuren zijn. Volgens de methode om ze te vullen, zijn condensatoren onderverdeeld in:

• vloeistof;

• droog;

• oxide metaal;

• halfgeleideroxide.

Als het materiaal van de anode kan een folie van aluminium, tantaal, niobium of gesinterd poeder worden gekozen. Voor oxide-halfgeleidercondensatoren is de kathode een halfgeleiderlaag die direct op de oxide-laag is afgezet.

Operationele functies

Het vermogen van elektrolyten om gassen uit te zenden tijdens verwarming dicteert de behoefte aan een condensator om betrouwbaarheid te garanderen om een ​​marge van nominale spanning tot 0,5 ÷ 0,6 van zijn waarde te creëren. Dit geldt met name voor gebruik in apparaten met verhoogde temperaturen.

Voor condensatoren die zijn ontworpen voor gebruik in wisselspanningskringen, wordt de werkfrequentie gespecificeerd. Meestal is het 50 Hertz. Om met hogere frequentiesignalen te werken, moet de bedrijfsspanning worden verlaagd. Anders zal het diëlektricum oververhit raken en defect raken, waardoor de behuizing scheurt.

Elektrolyten met een grote capaciteit en lage lekstromen zijn in staat om de geaccumuleerde lading langdurig op te slaan. Om veiligheidsredenen wordt, om hun ontlading te versnellen, een weerstand met een weerstand van 1 MΩ en een vermogen van 0,5 W parallel aan de klemmen aangesloten.

Voor gebruik in hoogspanningsapparatuur worden condensatoren in seriecircuits gebruikt. Om de spanning tussen beide gelijk te maken, worden weerstanden met een nominale waarde van 0,2 tot 1 MΩ parallel aan de klemmen van elk aangesloten.

Als het nodig is om polaire elektrolytische condensatoren te gebruiken in wisselspanningscircuits, wordt een circuit samengesteld waarin de stroom door elk element slechts in één richting passeert. Voor dit gebruik diodes en stroombegrenzingsweerstand.

Dergelijke circuits waren eerder geassembleerd om de fase van de stroom ten opzichte van de spanning te roteren bij het starten van krachtige driefasige asynchrone elektromotoren vanuit een enkelfasig netwerk. Nu verliest deze kwestie zijn vroegere relevantie al.

De afwezigheid van een stroombegrenzende weerstand in een dergelijke ketting leidt tot oververhitting van de diëlektrische laag en het falen van de elektrolytische condensator.

Vloeibare elektrolyt droogt door de tijd heen door defecten in de behuizing. Hierdoor wordt de capaciteit geleidelijk verminderd. Na verloop van tijd bereikt het een kritieke waarde. Een buiten werking gestelde elektrolytische condensator veroorzaakt vaak een storing in het elektrische apparaat.

Condensatorstoringen door overtreding van gelijkwaardige ESR-weerstand

Elektrolytische condensatoren hebben nog een technische functie die de prestaties tijdens bedrijf beïnvloedt. Na verloop van tijd vermindert de condensator geleidelijk de elektrische geleidbaarheid tussen de platen en de klemmen als gevolg van de constant optredende interne elektrische processen. De waarde ervan wordt geschat door de equivalente actieve weerstand, die wordt aangegeven door de ESR-index. In het Russisch noemen ze EPS: gelijkwaardige serieweerstand.

Deze opkomende parasitaire karakteristiek heeft geen invloed op de werking van elektrolyten in circuits met een frequentie tot 50 hertz, waarbij de uitgangswikkeling van de transformator, diode-rectificatie en een condensator worden gebruikt om de pulsaties af te vlakken. Maar bij apparaten die hoogfrequente signalen in schakelvoedingen gebruiken, zorgt een dergelijke toegevoegde actieve weerstand in serie tegen de capaciteit er niet langer voor dat het circuit werkt.

Een condensator met verhoogde ERS verschilt qua uiterlijk niet van een werkende. Het is alleen dat de actieve weerstand met meer dan één Ohm toeneemt en tot 10 Ohm kan bereiken.

Bepalingsmethoden

De industrie produceert instrumenten waarmee deze waarde kan worden gemeten op basis van een prototype dat in de jaren 60 in Rusland is uitgevonden. Hiermee kunt u metingen uitvoeren zonder de condensatoren uit het circuit te verdampen, volgens het principe van brugweerstandsmeters voor wisselstroom.

Vaklieden maken hun eigen vereenvoudigde ontwerpen waarmee we de gezondheid van de condensator met deze parameter kunnen evalueren op basis van de bepaling van de actieve weerstand van meer dan 1 Ohm. Als een vergelijkbare indicator kunt u een eenvoudig apparaat samenstellen, weergegeven in het diagram.

Een gewone vinger-achtige batterij wordt gebruikt om hem van stroom te voorzien. De LED geeft de geschiktheid van de elektrische condensator aan door de ERS-parameter door de hoogfrequente signalen op de toroïdale transformator afkomstig van de condensator en het gegenereerde oscillerende circuit te vergelijken.

De afbeelding van hetzelfde schema in een enigszins vereenvoudigde vorm wordt hieronder weergegeven.

De testcondensator is verbonden met een wikkeling die in één keer wordt gemaakt op een transformator van een ferromagnetische kern met een magnetische permeabiliteit in de orde van 800 - 1000. De spanning op deze wikkeling is niet hoger dan 200 millivolt, dus u kunt de eigenschappen van de elektrolyt evalueren zonder te solderen vanaf het bord.

Voor een dergelijke indicator zijn geen speciale instellingen vereist. Het is voldoende om de gloed van de LED op de stuurweerstand van één ohm te controleren en in toekomstige metingen te navigeren. De transistor kan worden gebruikt door iedereen met een collectorstroom van 100 mA en een versterking van meer dan 50.

Een dergelijke sonde zal niet nauwkeurig werken met condensatoren met een capaciteit van minder dan 100 μF.

Ionistor - supercondensator

Een soort condensator met een elektrolyt die zorgt voor de stroom van elektrochemische processen is ionistor. Het gebruikt het effect van een dubbele elektrische laag die optreedt wanneer het voeringmateriaal in contact komt met de elektrolyt en combineert de functies van een condensator met een chemische stroombron.

Het ontwerp is weergegeven in de afbeelding.

Hier is de dikte van de gevormde dubbele laag erg klein. Hiermee kunt u de capaciteit van de ionistor aanzienlijk vergroten. Het is ook gemakkelijker voor deze condensatoren om het oppervlak van het contactoppervlak van de platen te vergroten. Ze zijn gemaakt van poreuze materialen, bijvoorbeeld actieve kool, geschuimde metalen.

De capaciteit van de ionistor kan verschillende farads bereiken met een spanning op de platen tot 10 volt. Hij werft het in korte tijd en bewaart het vervolgens op betrouwbare wijze. Daarom worden deze modellen gebruikt om een ​​back-up te maken van verschillende voedingen.

Bedrijfsomstandigheden hebben grote invloed op de duur van de bedrijfstoestand van de ionistor. Als de bedrijfstemperatuur niet hoger is dan 40 graden en de spanning 60% van de nominale waarde is, kan de hulpbron meer dan 40.000 uur zijn.

Het is alleen nodig om de verwarming te verhogen tot 70 graden en de spanning - tot 80%, omdat de levensduur van de batterij wordt teruggebracht tot 500 uur. Ionisten vinden een breed scala aan toepassingen in het dagelijks leven. Ze werken in sets van zonnepanelen, autoradio-apparatuur, slimme domotica.

De Zuid-Koreaanse autofabrikant Hyundai Motor Company werkt aan de productie van elektrische bussen op ionistoren. Hun lading is gepland om te worden uitgevoerd tijdens korte stops op de bewegingsroute.

In de kern vervangt dit type transport de trolleybus volledig, waardoor het hele rijdraadnetwerk van het werk wordt uitgesloten.