1. Elektrolitički kondenzatori
Elektrolitički kondenzatori su kondenzatori koji nastaju oksidacijskim slojem na elektrodi djelovanjem elektrolita kao izolacijskog sloja, koji obično ima veliki kapacitet. Elektrolit je tekući, želatinasti materijal bogat ionima, a većina elektrolitskih kondenzatora su polarni, odnosno pri radu napon pozitivne elektrode kondenzatora mora uvijek biti veći od negativnog napona.
Visoki kapacitet elektrolitskih kondenzatora žrtvovan je i zbog mnogih drugih karakteristika, kao što su velika struja curenja, veliki ekvivalentni serijski induktivitet i otpor, velika tolerancijska pogreška i kratak vijek trajanja.
Osim polarnih elektrolitskih kondenzatora, postoje i nepolarni elektrolitički kondenzatori. Na donjoj slici prikazane su dvije vrste elektrolitskih kondenzatora od 1000uF, 16V. Među njima, veći je nepolarni, a manji polarni.
(Nepolarni i polarni elektrolitički kondenzatori)
Unutrašnjost elektrolitičkog kondenzatora može biti tekući elektrolit ili čvrsti polimer, a materijal elektrode je obično aluminij (aluminij) ili tantal (tandal). Slijedeći primjer je uobičajeni polarni aluminijski elektrolitički kondenzator unutar strukture, između dva sloja elektroda nalazi se sloj vlaknastog papira natopljenog elektrolitom, plus sloj izolacijskog papira pretvorenog u cilindar, zatvoren u aluminijskoj ljusci.
(Unutarnja struktura elektrolitičkog kondenzatora)
Rastavljanjem elektrolitičkog kondenzatora, jasno se vidi njegova osnovna struktura. Kako bi se spriječilo isparavanje i curenje elektrolita, pin kondenzatora je učvršćen brtvenom gumom.
Naravno, slika također prikazuje razliku u unutarnjem volumenu između polarnih i nepolarnih elektrolitskih kondenzatora. Pri istom kapacitetu i naponskoj razini, nepolarni elektrolitski kondenzator je otprilike dvostruko veći od polarnog.
(Unutarnja struktura nepolarnih i polarnih elektrolitskih kondenzatora)
Ova razlika uglavnom proizlazi iz velike razlike u površini elektroda unutar dvaju kondenzatora. Nepolarna elektroda kondenzatora je s lijeve strane, a polarna elektroda s desne. Osim razlike u površini, debljina dviju elektroda je također različita, a debljina polarne elektrode kondenzatora je tanja.
(Aluminijski lim elektrolitičkog kondenzatora različite širine)
2. Eksplozija kondenzatora
Kada napon koji primjenjuje kondenzator premaši njegov podnošljivi napon ili kada se obrne polaritet napona polarnog elektrolitičkog kondenzatora, struja curenja kondenzatora će naglo porasti, što će rezultirati povećanjem unutarnje topline kondenzatora, a elektrolit će proizvesti veliku količinu plina.
Kako bi se spriječila eksplozija kondenzatora, na vrhu kućišta kondenzatora nalaze se tri utora, tako da se vrh kondenzatora lako razbija pod visokim tlakom i oslobađa unutarnji tlak.
(Spremnik za eksploziju na vrhu elektrolitičkog kondenzatora)
Međutim, kod nekih kondenzatora u proizvodnom procesu pritisak na gornji utor nije kvalificiran, što dovodi do izbacivanja gumene brtve na dnu kondenzatora zbog tlaka unutar kondenzatora, što dovodi do naglog oslobađanja tlaka unutar kondenzatora i eksplozije.
1, eksplozija nepolarnog elektrolitičkog kondenzatora
Donja slika prikazuje nepolarni elektrolitički kondenzator kapaciteta 1000uF i napona od 16V. Nakon što primijenjeni napon prijeđe 18V, struja curenja naglo se povećava, a temperatura i tlak unutar kondenzatora se povećavaju. Na kraju, gumena brtva na dnu kondenzatora pukne, a unutarnje elektrode se razbiju poput kokica.
(prenaponsko miniranje nepolarnih elektrolitičkih kondenzatora)
Spajanjem termoelementa na kondenzator moguće je mjeriti proces kojim se temperatura kondenzatora mijenja kako se primijenjeni napon povećava. Sljedeća slika prikazuje nepolarni kondenzator u procesu povećanja napona. Kada primijenjeni napon premaši vrijednost podnošljivog napona, unutarnja temperatura nastavlja rasti.
(Odnos između napona i temperature)
Donja slika prikazuje promjenu struje koja teče kroz kondenzator tijekom istog procesa. Može se vidjeti da je povećanje struje glavni razlog porasta unutarnje temperature. U tom procesu napon se linearno povećava, a kako struja naglo raste, grupa za napajanje uzrokuje pad napona. Konačno, kada struja prijeđe 6A, kondenzator eksplodira uz glasan prasak.
(Odnos između napona i struje)
Zbog velikog unutarnjeg volumena nepolarnog elektrolitičkog kondenzatora i količine elektrolita, tlak koji se stvara nakon prelijevanja je ogroman, što rezultira time da se spremnik za smanjenje tlaka na vrhu ljuske ne slomi, a brtvena guma na dnu kondenzatora se otvori.
2, eksplozija polarnog elektrolitičkog kondenzatora
Kod polarnih elektrolitičkih kondenzatora primjenjuje se napon. Kada napon premaši podnošljivi napon kondenzatora, struja curenja će također naglo porasti, uzrokujući pregrijavanje i eksploziju kondenzatora.
Donja slika prikazuje granični elektrolitički kondenzator kapaciteta 1000uF i napona 16V. Nakon prenapona, unutarnji tlak se ispušta kroz gornji spremnik za smanjenje tlaka, čime se izbjegava eksplozija kondenzatora.
Sljedeća slika prikazuje kako se temperatura kondenzatora mijenja s porastom primijenjenog napona. Kako se napon postupno približava podnošljivom naponu kondenzatora, preostala struja kondenzatora se povećava, a unutarnja temperatura nastavlja rasti.
(Odnos između napona i temperature)
Sljedeća slika prikazuje promjenu struje curenja kondenzatora, nominalnog elektrolitičkog kondenzatora od 16 V, tijekom ispitivanja, kada napon prijeđe 15 V, curenje kondenzatora počinje naglo rasti.
(Odnos između napona i struje)
Kroz eksperimentalni proces prva dva elektrolitska kondenzatora, također se može vidjeti da je naponska granica takvih običnih elektrolitskih kondenzatora od 1000uF. Kako bi se izbjegao visokonaponski proboj kondenzatora, pri korištenju elektrolitskog kondenzatora potrebno je ostaviti dovoljnu marginu prema stvarnim fluktuacijama napona.
3,elektrolitički kondenzatori u seriji
Gdje je to prikladno, veći kapacitet i veći napon otpornosti kapacitivnosti mogu se postići paralelnim, odnosno serijskim spajanjem.
(kokice elektrolitičkog kondenzatora nakon eksplozije nadtlaka)
U nekim primjenama, napon koji se primjenjuje na kondenzator je izmjenični napon, kao što su spojni kondenzatori zvučnika, kompenzacija faze izmjenične struje, kondenzatori za fazno pomicanje motora itd., što zahtijeva upotrebu nepolarnih elektrolitskih kondenzatora.
U korisničkim uputama nekih proizvođača kondenzatora također se navodi da se tradicionalni polarni kondenzatori koriste serijskim spajanjem leđa uz leđa, odnosno dva kondenzatora spojena u seriju, ali s suprotnim polaritetom kako bi se postigao učinak nepolarnih kondenzatora.
(elektrolitički kapacitet nakon eksplozije prenapona)
Slijedi usporedba polarnog kondenzatora pri primjeni napona naprijed, napona natrag, dva elektrolitska kondenzatora spojena jedan uz drugi u tri slučaja nepolarnog kapaciteta, struja curenja se mijenja s povećanjem primijenjenog napona.
1. Napon u smjeru prolaska i struja curenja
Struja koja teče kroz kondenzator mjeri se spajanjem otpornika u seriju. Unutar raspona tolerancije napona elektrolitskog kondenzatora (1000uF, 16V), primijenjeni napon se postupno povećava od 0V kako bi se izmjerio odnos između odgovarajuće struje propuštanja i napona.
(pozitivna serijska kapacitivnost)
Sljedeća slika prikazuje odnos između struje curenja i napona polarnog aluminijskog elektrolitičkog kondenzatora, koji je nelinearan odnos sa strujom curenja ispod 0,5 mA.
(Odnos između napona i struje nakon direktne serije)
2, obrnuti napon i struja curenja
Koristeći istu struju za mjerenje odnosa između primijenjenog smjernog napona i struje propuštanja elektrolitskog kondenzatora, na donjoj slici se vidi da kada primijenjeni obrnuti napon prijeđe 4 V, struja propuštanja počinje brzo rasti. Iz nagiba sljedeće krivulje, obrnuti elektrolitički kapacitet ekvivalentan je otporu od 1 oma.
(Odnos između napona i struje u obrnutom smjeru)
3. Kondenzatori spojeni u seriju "leđa uz leđa"
Dva identična elektrolitska kondenzatora (1000uF, 16V) spojena su serijski leđa uz leđa kako bi se formirao nepolarni ekvivalentni elektrolitički kondenzator, a zatim se mjeri krivulja odnosa između njihovog napona i struje curenja.
(serijski kapacitet pozitivnog i negativnog polariteta)
Sljedeći dijagram prikazuje odnos između napona kondenzatora i struje propuštanja, te se može vidjeti da se struja propuštanja povećava nakon što primijenjeni napon prijeđe 4V, a amplituda struje je manja od 1,5mA.
I ovo mjerenje je pomalo iznenađujuće, jer vidite da je struja curenja ova dva serijski spojena kondenzatora zapravo veća od struje curenja jednog kondenzatora kada se napon primjenjuje u smjeru prolaska.
(Odnos između napona i struje nakon pozitivne i negativne serije)
Međutim, zbog vremenskih razloga, nije bilo ponovljenog ispitivanja ovog fenomena. Možda je jedan od korištenih kondenzatora bio onaj iz ispitivanja obrnutog napona, a unutra je bilo oštećenja, pa je generirana gornja krivulja ispitivanja.
Vrijeme objave: 25. srpnja 2023.
