Elektrolytické kondenzátory

V praxi je každý elektrikár konfrontovaný s prácou adaptérov, napájacích zdrojov, meničov napätia. Vo všetkých týchto zariadeniach sa často používajú elektrické kondenzátory, ktoré sa na slangu často nazývajú „elektrolyty“.

Ich hlavnou výhodou je pomerne veľká kapacita s relatívne malou veľkosťou. Okrem toho sa ich výroba už dlho etablovala a náklady sú relatívne nízke.

Princípy zariadenia

Každý kondenzátor pozostáva z dvoch dosiek, ktorých priestor je vyplnený dielektrikom.

Vzorec znázornený na obrázku pripomína, že kapacita C závisí od oblasti každej doštičky S, vzdialenosti medzi doskami d a dielektrickej konštanty média vo vnútri ε. Hodnota ε0 je elektrická konštanta, ktorá určuje silu elektrického poľa vo vákuu.

Elektrolytický kondenzátor sa líši od všetkých ostatných tým, že používa vrstvu elektrolytu, ktorá vypĺňa priestor medzi dvoma doskami, najčastejšie z fóliových dosiek. Ďalej je jedna z nich pokrytá malou dielektrickou vrstvou oxidového filmu.

Fóliové pásky sa skladajú dokopy, oddelené veľmi tenkou papierovou vložkou namočenou v elektrolyte. Jeho hodnota asi 1 μm môže významne zvýšiť kapacitu kondenzátora. Vo vyššie uvedenom vzorci na stanovenie C je hrúbka dielektrickej vrstvy d v menovateli.

Vrchná vrstva fólie je potiahnutá uvoľňovacím papierom a celá štruktúra je zvinutá na umiestnenie vo valcovom tele.

Na koncoch fólie sú kovové dosky zvárané metódami zvárania za studena, čím sa poskytujú kontakty na pripojenie k elektrickému obvodu ako katóda a anóda. Okrem toho sa na doske s oxidovou vrstvou vytvorí pozitívny záver.

Katóda hrá úlohu elektrolytu, ktorý sa dotýka celého povrchu druhej platne.

Pretože kapacita kondenzátora závisí od oblasti dosiek, jeden z spôsobov, ako ho zvýšiť, je zahrnutý vo výrobnej technológii - je to zvlnenie povrchu elektrolytom chemickým leptaním. Môže sa vykonať v dôsledku chemickej erózie alebo elektrochemickej korózie.

Kvapalné elektrolyty sú schopné spoľahlivo prúdiť do vytvorených mikroskopických vybraní anódy.

Oxidová vrstva na fólii sa vytvára počas elektrickej oxidácie. Tento proces nastáva, keď prúd prechádza elektrolytom. Na nasledujúcom obrázku je charakteristika prúdu a napätia, ktorá ukazuje zmenu prúdov vo vnútri zariadenia so zvyšujúcim sa napätím.

Kondenzátor pracuje normálne pri menovitom napätí a teplote. Ak dôjde k prepätiu, obnoví sa tvorba oxidovej vrstvy a začne sa vytvárať veľké množstvo tepla, čo vedie k tvorbe plynu a zvýšeniu tlaku vo vnútri utesneného krytu.

Preto sú elektrolytické kondenzátory schopné vybuchnúť, čo sa často stalo so starými stavbami doby ZSSR, ktoré sa vykonávali v jednom prípade bez vytvorenia ochrany proti výbuchu. Táto vlastnosť často viedla k poškodeniu ďalších susedných prvkov zariadenia.

Moderné modely vytvárajú ochrannú membránu, ktorá je zničená na začiatku tvorby plynu, čím sa zabráni explózii. Vyrába sa vo forme zárezov písmen „T“, „Y“ alebo znamienka „+“.

Druhy elektrolytických kondenzátorov

Podľa ich návrhu „elektrolyty“ označujú polárne zariadenia, to znamená, že musia fungovať, keď prúd prúdi iba jedným smerom. Preto sa používajú v obvodoch jednosmerného alebo zvlneniaho napätia, pričom sa berie do úvahy smer priechodu elektrických nábojov.

Na prácu v obvodoch sínusového prúdu boli vytvorené „nepolárne elektrolyty“. Vďaka dodatočným prvkom v dizajne s rovnakou kapacitou majú zväčšené rozmery a tým aj náklady.

Elektrolyt medzi platňami sa môže použiť koncentrovaný roztok rôznych zásad alebo kyselín. Podľa spôsobu ich plnenia sú kondenzátory rozdelené na:

• kvapalina;

• vyschnúť;

• oxidový kov;

• polovodičový oxid.

Ako materiál anódy je možné zvoliť fóliu z hliníka, tantalu, nióbu alebo spekaného prášku. V prípade oxidových polovodičových kondenzátorov je katóda polovodičovou vrstvou uloženou priamo na oxidovej vrstve.

Prevádzkové vlastnosti

Schopnosť elektrolytov emitovať plyny počas zahrievania diktuje potrebu kondenzátora na zaistenie spoľahlivosti na vytvorenie rezervy menovitého napätia až do 0,5 ÷ 0,6 jeho hodnoty. To platí najmä pre použitie v zariadeniach so zvýšenými teplotami.

Pre kondenzátory určené na prevádzku v obvodoch striedavého napätia sa uvádza prevádzková frekvencia. Zvyčajne je to 50 Hz. Pre prácu s vysokofrekvenčnými signálmi je potrebné znížiť prevádzkové napätie. V opačnom prípade sa dielektrikum prehrieva a zrúti, prasknutie krytu.

Elektrolyty s veľkou kapacitou a nízkymi zvodovými prúdmi sú schopné dlhodobé skladovanie akumulovaného náboja. Z bezpečnostných dôvodov sa na urýchlenie ich vybíjania paralelne so svorkami pripája odpor s odporom 1 MΩ a výkonom 0,5 W.

Na použitie vo vysokonapäťových zariadeniach sa používajú kondenzátory zostavené do sériových obvodov. Za účelom vyrovnania napätia medzi nimi sú paralelne ku svorkám každého z nich pripojené odpory s menovitou hodnotou 0,2 až 1 MΩ.

Ak je potrebné použiť polárne elektrolytické kondenzátory v striedavých obvodoch napätia, zostaví sa obvod, v ktorom prúd prechádza každým prvkom iba v jednom smere. Na toto použitie diódy a odpor obmedzujúci prúd.

Takéto schémy boli predtým zostavené tak, aby rotovali fázu prúdu vzhľadom na napätie pri spúšťaní výkonných trojfázových asynchrónnych elektrických motorov z jednofázovej siete. Tento problém už stráca svoj pôvodný význam.

Neprítomnosť odporu obmedzujúceho prúd v takomto obvode vedie k prehriatiu dielektrickej vrstvy a zlyhaniu elektrolytického kondenzátora.

Kvapalný elektrolyt zasychá časom v dôsledku porúch v kryte. Vďaka tomu sa kapacita postupne znižuje. Postupom času dosahuje kritickú hodnotu. Elektrolytický kondenzátor, ktorý vypadol z prevádzky, často spôsobuje poruchu elektrického zariadenia.

Poruchy kondenzátora v dôsledku porušenia rovnocenného odporu

Elektrolytické kondenzátory majú ďalšiu technickú vlastnosť, ktorá ovplyvňuje jeho výkon počas prevádzky. Kondenzátor časom postupne znižuje elektrickú vodivosť medzi doskami a terminálmi v dôsledku neustále sa vyskytujúcich vnútorných elektrických procesov. Jeho hodnota sa odhaduje ekvivalentným aktívnym odporom, ktorý je označený indexom ESR. V ruštine nazývajú EPS: ekvivalentný sériový odpor.

Táto vznikajúca parazitická charakteristika neovplyvňuje činnosť elektrolytov v obvodoch s frekvenciou do 50 Hz, pri použití výstupného vinutia transformátora, usmerňovaní diód a kondenzátora na vyhladenie pulzácií. Avšak v zariadeniach, ktoré používajú vysokofrekvenčné signály vo vnútri spínaných zdrojov energie, takýto zvýšený aktívny odpor v sérii kapacitancii už neumožňuje fungovanie obvodu.

Kondenzátor so zvýšenou hodnotou ERS sa svojim vzhľadom nelíši od funkčného. Je to len tak, že jeho aktívny odpor sa zvyšuje o viac ako jeden Ohm a môže dosiahnuť až 10 Ohmov.

Metódy stanovenia

Priemysel vyrába nástroje, ktoré umožňujú merať túto hodnotu na základe prototypu, ktorý sa v Rusku vynašiel v 60. rokoch. Umožňujú vám vykonávať merania bez odparovania kondenzátorov z obvodu, pracovať na princípe mostíkových odporov pre striedavý prúd.

Remeselníci vytvárajú svoje vlastné zjednodušené návrhy, ktoré nám umožňujú vyhodnotiť zdravie kondenzátora týmto parametrom na základe stanovenia aktívneho odporu presahujúceho 1 Ohm. Ako podobný indikátor môžete zostaviť jednoduché zariadenie, zobrazené na obrázku.

Na napájanie sa používa bežná batéria typu prstu. LED indikuje vhodnosť elektrického kondenzátora pomocou parametra ERS porovnaním vysokofrekvenčných signálov na toroidnom transformátore pochádzajúcich z kondenzátora a generovaného oscilačného obvodu.

Obrázok tej istej schémy v trochu zjednodušenej forme je uvedený nižšie.

Skúšobný kondenzátor je spojený s vinutím vyrobeným v jednom kroku na transformátore feromagnetického jadra s magnetickou permeabilitou rádovo 800 ÷ 1000. Napätie na tomto vinutí nepresahuje 200 milivoltov, takže môžete vyhodnotiť charakteristiky elektrolytu bez spájkovania z dosky.

Takýto indikátor nevyžaduje špeciálne nastavenia. Stačí skontrolovať žiaru LED na riadiacom odpore jedného ohmu a navigovať ju pri budúcich meraniach. Tranzistor môže používať ktokoľvek s kolektorovým prúdom 100 mA a ziskom viac ako 50.

Takáto sonda nebude pracovať presne s kondenzátormi, ktoré majú kapacitu menšiu ako 100 μF.

Ionistor - superkondenzátor

Druh kondenzátora s elektrolytom, ktorý zaisťuje tok elektrochemických procesov, je ionistor, Využíva účinok dvojitej elektrickej vrstvy, ktorá sa objaví, keď materiál výstelky príde do kontaktu s elektrolytom, a kombinuje funkcie kondenzátora so zdrojom chemického prúdu.

Jeho dizajn je znázornený na obrázku.

Hrúbka vytvorenej dvojitej vrstvy je pritom veľmi malá. To vám umožňuje výrazne zvýšiť kapacitu ionistora. Tiež je pre tieto kondenzátory ľahšie zväčšiť plochu kontaktného povrchu dosiek. Vyrábajú sa z pórovitých materiálov, napríklad z aktívneho uhlia, penových kovov.

Kapacita ionistora môže dosiahnuť niekoľko farád s napätím na doskách do 10 voltov. Prijme ho v krátkom čase a potom ho spoľahlivo uloží. Preto sa tieto modely používajú na zálohovanie rôznych zdrojov napájania.

Prevádzkové podmienky výrazne ovplyvňujú trvanie prevádzkového stavu ionistora. Ak prevádzková teplota neprekročí 40 stupňov a napätie je 60% nominálnej hodnoty, môže byť zdroj viac ako 40 000 hodín.

Je potrebné iba zvýšiť jeho zahrievanie na 70 stupňov a napätie - až 80%, pretože životnosť batérie sa zníži na 500 hodín. Ionisti nachádzajú širokú škálu aplikácií v každodennom živote. Pracujú v súpravách solárnych panelov, autorádií, inteligentná domáca automatizácia.

Juhokórejský výrobca automobilov Hyundai Motor Company pracuje na výrobe elektrických autobusov poháňaných ionistormi. Ich nabíjanie je naplánované na krátke zastávky na trase pohybu.

Tento druh prepravy vo svojej podstate úplne nahrádza trolejbusovú zbernicu, ktorá vylučuje celú sieť trolejových vedení z práce.

Comments

[#1 Vaše svedomie]

Citácia: „Ak je potrebné použiť polárne elektrolytické kondenzátory v striedavých napäťových obvodoch, zostaví sa obvod, v ktorom prúd prechádza každým prvkom iba v jednom smere. Na tento účel sa používajú diódy. ... “a potom obrázokna ktorých sú namontované diódy alebo kondenzátory. Tento obvod vedie k zlyhaniu polárnych kondenzátorov pri výbuchu.

Správa, správne.