1. Електролітичні конденсатори
Електролітичні конденсатори — це конденсатори, утворені шаром окислення на електроді за рахунок дії електроліту як ізоляційного шару, який зазвичай має велику ємність. Електроліт - це рідкий, желеподібний матеріал, багатий іонами, і більшість електролітичних конденсаторів є полярними, тобто під час роботи напруга позитивного електрода конденсатора повинна бути завжди вищою за негативну.
Висока ємність електролітичних конденсаторів також приноситься в жертву багатьом іншим характеристикам, таким як великий струм витоку, велика еквівалентна послідовна індуктивність і опір, велика похибка допуску та короткий термін служби.
Крім полярних електролітичних конденсаторів існують і неполярні електролітичні конденсатори. На малюнку нижче показано два типи електролітичних конденсаторів ємністю 1000 мкФ і напругою 16 В. Серед них більший — неполярний, а менший — полярний.
(Неполярні та полярні електролітичні конденсатори)
Всередині електролітичного конденсатора може бути рідкий електроліт або твердий полімер, а матеріалом електрода зазвичай є алюміній (Aluminium) або тантал (Tandalum). Нижче наведено звичайний полярний алюмінієвий електролітичний конденсатор всередині конструкції, між двома шарами електродів є шар волокнистого паперу, змоченого електролітом, плюс шар ізоляційного паперу, перетворений у циліндр, запечатаний в алюмінієвій оболонці.
(Внутрішня структура електролітичного конденсатора)
Розбираючи електролітичний конденсатор, можна чітко побачити його основну структуру. Для запобігання випаровування і витоку електроліту штирькова частина конденсатора закріплена ущільнювальною гумкою.
Звичайно, малюнок також показує різницю у внутрішньому об’ємі між полярними та неполярними електролітичними конденсаторами. За однакової ємності та рівня напруги неполярний електролітичний конденсатор приблизно вдвічі більший за полярний.
(Внутрішня будова неполярних і полярних електролітичних конденсаторів)
Ця різниця в основному походить від великої різниці в площі електродів всередині двох конденсаторів. Електрод неполярного конденсатора знаходиться зліва, а полярний електрод – справа. Окрім різниці площ, товщина двох електродів також відрізняється, а товщина електрода полярного конденсатора менша.
(Електролітичний конденсатор алюмінієвий лист різної ширини)
2. Вибух конденсатора
Коли напруга, прикладена конденсатором, перевищує його витримувану напругу або коли полярність напруги полярного електролітичного конденсатора змінюється, струм витоку конденсатора різко зросте, що призведе до збільшення внутрішнього тепла конденсатора та електроліту. вироблятиме велику кількість газу.
Щоб запобігти вибуху конденсатора, у верхній частині корпусу конденсатора є три канавки, щоб верхню частину конденсатора легко зламати під високим тиском і скинути внутрішній тиск.
(Вибуховий бак у верхній частині електролітичного конденсатора)
Однак у деяких конденсаторах у процесі виробництва натискання верхньої канавки не є кваліфікованим, тиск усередині конденсатора призведе до того, що ущільнювальна гума в нижній частині конденсатора викидається, у цей час тиск усередині конденсатора раптово знижується, утворюється вибух.
1, вибух неполярного електролітичного конденсатора
На малюнку нижче показаний неполярний електролітичний конденсатор під рукою, ємністю 1000 мкФ і напругою 16 В. Коли прикладена напруга перевищує 18 В, струм витоку раптово зростає, а температура і тиск всередині конденсатора збільшуються. Згодом гумове ущільнення в нижній частині конденсатора розривається, і внутрішні електроди розбиваються, як попкорн.
(вибух перенапруги неполярного електролітичного конденсатора)
Прив’язавши термопару до конденсатора, можна виміряти процес зміни температури конденсатора зі збільшенням прикладеної напруги. На наступному малюнку показано неполярний конденсатор у процесі збільшення напруги, коли прикладена напруга перевищує значення витримуваної напруги, внутрішня температура продовжує зростати.
(Зв'язок між напругою і температурою)
На малюнку нижче показано зміну струму, що протікає через конденсатор під час того самого процесу. Як видно, головною причиною підвищення внутрішньої температури є збільшення струму. У цьому процесі напруга лінійно збільшується, і коли струм різко зростає, блок живлення робить падіння напруги. Нарешті, коли сила струму перевищує 6 А, конденсатор вибухає з гучним ударом.
(Зв'язок між напругою і струмом)
Завдяки великому внутрішньому об’єму неполярного електролітичного конденсатора та кількості електроліту тиск, що створюється після переповнення, є величезним, в результаті чого резервуар для скидання тиску у верхній частині корпусу не ламається, а ущільнювальна гума внизу конденсатора роздувається.
2, вибух полярного електролітичного конденсатора
Для полярних електролітичних конденсаторів подається напруга. Коли напруга перевищує витримувану напругу конденсатора, струм витоку також різко зросте, викликаючи перегрів конденсатора та вибух.
На малюнку нижче показаний обмежувальний електролітичний конденсатор, який має ємність 1000мкФ і напругу 16В. Після перенапруги процес внутрішнього тиску скидається через верхній резервуар скидання тиску, тому процес вибуху конденсатора уникає.
На наступному малюнку показано, як змінюється температура конденсатора зі збільшенням прикладеної напруги. Коли напруга поступово наближається до напруги, що витримується конденсатором, залишковий струм конденсатора збільшується, а внутрішня температура продовжує зростати.
(Зв'язок між напругою і температурою)
На наступному малюнку показано зміну струму витоку конденсатора, номінальний електролітичний конденсатор 16 В, у процесі тестування, коли напруга перевищує 15 В, витік конденсатора починає різко зростати.
(Зв'язок між напругою і струмом)
Через експериментальний процес перших двох електролітичних конденсаторів також можна побачити, що обмеження напруги таких звичайних електролітичних конденсаторів становить 1000 мкФ. Щоб уникнути високовольтного пробою конденсатора, при використанні електролітичного конденсатора необхідно залишити достатній запас відповідно до фактичних коливань напруги.
3，електролітичні конденсатори послідовно
За необхідності більшу ємність і більшу витримувану напругу ємності можна отримати шляхом паралельного та послідовного з’єднання відповідно.
(попкорн електролітичного конденсатора після вибуху надлишкового тиску)
У деяких випадках до конденсатора подається напруга змінного струму, як-от розділові конденсатори динаміків, фазова компенсація змінного струму, фазозсувні конденсатори двигуна тощо, що потребує використання неполярних електролітичних конденсаторів.
У посібнику користувача, наданому деякими виробниками конденсаторів, також вказується, що використання традиційних полярних конденсаторів послідовними ланцюгами, тобто два конденсатори послідовно разом, але полярність протилежна для отримання ефекту не- полярні конденсатори.
(електролітична ємність після вибуху перенапруги)
Нижче наведено порівняння полярного конденсатора при застосуванні прямої напруги, зворотної напруги, двох послідовних електролітичних конденсаторів у трьох випадках неполярної ємності, змін струму витоку зі збільшенням прикладеної напруги.
1. Пряма напруга та струм витоку
Струм, що протікає через конденсатор, вимірюється шляхом послідовного з’єднання резистора. У межах допустимого діапазону напруги електролітичного конденсатора (1000 мкФ, 16 В) прикладена напруга поступово збільшується від 0 В, щоб виміряти співвідношення між відповідним струмом витоку та напругою.
(ємність позитивної послідовності)
На наступному малюнку показано залежність між струмом витоку та напругою полярного алюмінієвого електролітичного конденсатора, яка є нелінійною залежністю зі струмом витоку нижче 0,5 мА.
(Зв'язок між напругою та струмом після прямої серії)
2, зворотна напруга та струм витоку
Використовуючи той самий струм для вимірювання співвідношення між прикладеною напрямною напругою та струмом витоку електролітичного конденсатора, на малюнку нижче можна побачити, що коли прикладена зворотна напруга перевищує 4 В, струм витоку починає швидко зростати. Виходячи з нахилу наступної кривої, зворотна електролітична ємність еквівалентна опору 1 Ом.
(Зворотна напруга Співвідношення між напругою та струмом)
3. Послідовні конденсатори
Два ідентичних електролітичних конденсатора (1000 мкФ, 16 В) з’єднуються послідовно один до одного, щоб утворити неполярний еквівалентний електролітичний конденсатор, а потім вимірюється крива залежності між їх напругою та струмом витоку.
(послідовна ємність позитивної та негативної полярності)
На наступній діаграмі показано залежність між напругою конденсатора та струмом витоку, і ви можете побачити, що струм витоку збільшується після того, як прикладена напруга перевищує 4 В, а амплітуда струму становить менше 1,5 мА.
І це вимірювання трохи дивує, тому що ви бачите, що струм витоку цих двох послідовних конденсаторів «спина до спини» насправді більший, ніж струм витоку одного конденсатора, коли напруга подається вперед.
(Зв’язок між напругою та струмом після позитивного та негативного рядів)
Однак через час повторних перевірок цього явища не було. Можливо, один із використаних конденсаторів був конденсатором під час перевірки зворотної напруги, і всередині було пошкоджено, тому була створена наведена вище тестова крива.
Час публікації: 25 липня 2023 р
