1. Elektrolytické kondenzátory
Elektrolytické kondenzátory jsou kondenzátory tvořené oxidační vrstvou na elektrodě působením elektrolytu jako izolační vrstvy, která má obvykle velkou kapacitu.Elektrolyt je kapalný rosolovitý materiál bohatý na ionty a většina elektrolytických kondenzátorů je polární, to znamená, že při práci musí být napětí kladné elektrody kondenzátoru vždy vyšší než záporné napětí.
Vysoká kapacita elektrolytických kondenzátorů je také obětována mnoha dalším charakteristikám, jako je například velký svodový proud, velká ekvivalentní sériová indukčnost a odpor, velká chyba tolerance a krátká životnost.
Kromě polárních elektrolytických kondenzátorů existují také nepolární elektrolytické kondenzátory.Na obrázku níže jsou dva druhy 1000uF, 16V elektrolytických kondenzátorů.Mezi nimi, větší je nepolární a menší je polární.
(Nepolární a polární elektrolytické kondenzátory)
Vnitřek elektrolytického kondenzátoru může být kapalný elektrolyt nebo pevný polymer a materiál elektrody je obvykle hliník (hliník) nebo tantal (tandalum).Následuje běžný polární hliníkový elektrolytický kondenzátor uvnitř konstrukce, mezi dvěma vrstvami elektrod je vrstva vláknitého papíru napuštěného elektrolytem plus vrstva izolačního papíru přeměněná na válec, utěsněný v hliníkovém plášti.
(Vnitřní struktura elektrolytického kondenzátoru)
Při rozboru elektrolytického kondenzátoru je jasně vidět jeho základní struktura.Aby nedocházelo k odpařování a úniku elektrolytu, je kolíková část kondenzátoru upevněna těsnicí gumou.
Na obrázku je samozřejmě vidět i rozdíl vnitřního objemu mezi polárními a nepolárními elektrolytickými kondenzátory.Při stejné kapacitě a napěťové hladině je nepolární elektrolytický kondenzátor asi dvakrát větší než polární.
(Vnitřní struktura nepolárních a polárních elektrolytických kondenzátorů)
Tento rozdíl pochází hlavně z velkého rozdílu v ploše elektrod uvnitř dvou kondenzátorů.Elektroda nepolárního kondenzátoru je vlevo a polární elektroda je vpravo.Kromě rozdílu ploch je rozdílná i tloušťka obou elektrod a tloušťka elektrody polárního kondenzátoru je tenčí.
(Hliníkový plech elektrolytického kondenzátoru různé šířky)
2. Exploze kondenzátoru
Když napětí aplikované kondenzátorem překročí své výdržné napětí nebo když se polarita napětí polárního elektrolytického kondenzátoru obrátí, svodový proud kondenzátoru prudce vzroste, což má za následek zvýšení vnitřního tepla kondenzátoru a elektrolytu. bude produkovat velké množství plynu.
Aby se zabránilo explozi kondenzátoru, jsou na horní straně pouzdra kondenzátoru vylisovány tři drážky, takže horní část kondenzátoru lze pod vysokým tlakem snadno zlomit a uvolnit vnitřní tlak.
(Trasací nádrž v horní části elektrolytického kondenzátoru)
U některých kondenzátorů však ve výrobním procesu není lisování horní drážky kvalifikováno, tlak uvnitř kondenzátoru způsobí vysunutí těsnicí gumy na spodní straně kondenzátoru, v tomto okamžiku se tlak uvnitř kondenzátoru náhle uvolní, vytvoří se exploze.
1, nepolární elektrolytický kondenzátor exploze
Obrázek níže ukazuje nepolární elektrolytický kondenzátor po ruce s kapacitou 1000uF a napětím 16V.Poté, co použité napětí překročí 18V, svodový proud se náhle zvýší a teplota a tlak uvnitř kondenzátoru se zvýší.Nakonec se pryžové těsnění na spodní straně kondenzátoru roztrhne a vnitřní elektrody se rozdrtí jako popcorn.
(přepěťový odstřel nepolárních elektrolytických kondenzátorů)
Přivázáním termočlánku ke kondenzátoru je možné měřit proces, při kterém se mění teplota kondenzátoru se zvyšujícím se přiloženým napětím.Následující obrázek ukazuje nepolární kondenzátor v procesu zvyšování napětí, když přiložené napětí překročí hodnotu výdržného napětí, vnitřní teplota pokračuje v procesu zvyšování.
(Vztah mezi napětím a teplotou)
Obrázek níže ukazuje změnu proudu procházejícího kondenzátorem během stejného procesu.Je vidět, že nárůst proudu je hlavním důvodem nárůstu vnitřní teploty.V tomto procesu se napětí lineárně zvyšuje a když proud prudce stoupá, napájecí skupina způsobuje pokles napětí.Nakonec, když proud překročí 6A, kondenzátor exploduje s hlasitým třeskem.
(Vztah mezi napětím a proudem)
Vzhledem k velkému vnitřnímu objemu nepolárního elektrolytického kondenzátoru a množství elektrolytu je tlak generovaný po přetečení obrovský, což má za následek, že přetlaková nádrž v horní části pláště se nerozbije a těsnící guma ve spodní části kondenzátor je vyfouknutý.
2, polární elektrolytický kondenzátor exploze
U polárních elektrolytických kondenzátorů se přivádí napětí.Když napětí překročí výdržné napětí kondenzátoru, svodový proud také prudce stoupne, což způsobí přehřátí a explozi kondenzátoru.
Na obrázku níže je omezující elektrolytický kondenzátor, který má kapacitu 1000uF a napětí 16V.Po přepětí se proces vnitřního tlaku uvolní přes horní přetlakovou nádrž, takže se zabrání procesu exploze kondenzátoru.
Následující obrázek ukazuje, jak se mění teplota kondenzátoru se zvyšováním přiloženého napětí.Jak se napětí postupně přibližuje výdržnému napětí kondenzátoru, zbytkový proud kondenzátoru se zvyšuje a vnitřní teplota dále stoupá.
(Vztah mezi napětím a teplotou)
Na následujícím obrázku je změna svodového proudu kondenzátoru, jmenovitého elektrolytického kondenzátoru 16V, v procesu testování, když napětí překročí 15V, svod kondenzátoru začne prudce stoupat.
(Vztah mezi napětím a proudem)
Prostřednictvím experimentálního procesu prvních dvou elektrolytických kondenzátorů lze také vidět, že limit napětí takových 1000uF běžných elektrolytických kondenzátorů.Aby nedocházelo k vysokonapěťovému průrazu kondenzátoru, je při použití elektrolytického kondenzátoru nutné ponechat dostatečnou rezervu podle aktuálního kolísání napětí.
3,elektrolytické kondenzátory v sérii
Tam, kde je to vhodné, lze větší kapacitu a větší kapacitní výdržné napětí získat paralelním a sériovým zapojením.
(elektrolytický kondenzátor popcorn po explozi přetlaku)
V některých aplikacích je napětí aplikované na kondenzátor střídavé napětí, jako jsou vazební kondenzátory reproduktorů, kompenzace fáze střídavého proudu, kondenzátory s fázovým posunem motoru atd., které vyžadují použití nepolárních elektrolytických kondenzátorů.
V uživatelské příručce poskytnuté některými výrobci kondenzátorů je také uvedeno, že použití tradičních polárních kondenzátorů v sérii back-to-back, tj. dva kondenzátory v sérii dohromady, ale polarita je opačná, aby se dosáhlo efektu polární kondenzátory.
(elektrolytická kapacita po explozi přepětí)
Následuje srovnání polárního kondenzátoru při aplikaci propustného napětí, zpětného napětí, dvou elektrolytických kondenzátorů série back-to-back na tři případy nepolární kapacity, unikající proud se mění s nárůstem přiloženého napětí.
1. Propustné napětí a svodový proud
Proud procházející kondenzátorem se měří zapojením odporu do série.V rozsahu tolerance napětí elektrolytického kondenzátoru (1000uF, 16V) se aplikované napětí postupně zvyšuje z 0V, aby se změřil vztah mezi odpovídajícím svodovým proudem a napětím.
(kladná sériová kapacita)
Následující obrázek ukazuje vztah mezi svodovým proudem a napětím polárního hliníkového elektrolytického kondenzátoru, což je nelineární vztah se svodovým proudem pod 0,5 mA.
(Vztah mezi napětím a proudem po dopředné řadě)
2, zpětné napětí a svodový proud
Při použití stejného proudu k měření vztahu mezi aplikovaným směrovým napětím a svodovým proudem elektrolytického kondenzátoru je z obrázku níže vidět, že když použité zpětné napětí překročí 4V, svodový proud se začne rychle zvyšovat.Ze sklonu následující křivky je zpětná elektrolytická kapacita ekvivalentní odporu 1 ohm.
(Reverzní napětí Vztah mezi napětím a proudem)
3. Kondenzátory série back-to-back
Dva identické elektrolytické kondenzátory (1000uF, 16V) jsou zapojeny zády k sobě do série, aby vytvořily nepolární ekvivalentní elektrolytický kondenzátor, a poté je měřena křivka vztahu mezi jejich napětím a svodovým proudem.
(sériová kapacita kladné a záporné polarity)
Následující diagram ukazuje vztah mezi napětím kondenzátoru a svodovým proudem a můžete vidět, že svodový proud se zvyšuje poté, co použité napětí překročí 4 V a amplituda proudu je menší než 1,5 mA.
A toto měření je trochu překvapivé, protože vidíte, že svodový proud těchto dvou sériových kondenzátorů zády k sobě je ve skutečnosti větší než svodový proud jediného kondenzátoru, když je napětí aplikováno dopředu.
(Vztah mezi napětím a proudem po kladné a záporné sérii)
K opakovanému testu tohoto jevu však z časových důvodů nedošlo.Možná, že jeden z použitých kondenzátorů byl právě teď kondenzátor z testu zpětného napětí a uvnitř došlo k poškození, takže byla vygenerována výše uvedená testovací křivka.
Čas odeslání: 25. července 2023