1. Elektrolyyttikondensaattorit
Elektrolyyttikondensaattorit ovat kondensaattoreita, jotka muodostavat elektrodilla oleva hapetuskerros elektrolyytin vaikutuksesta eristävänä kerroksena, jolla on yleensä suuri kapasiteetti. Elektrolyytti on nestemäinen, hyytelömäinen materiaali, jossa on runsaasti ioneja, ja useimmat elektrolyyttikondensaattorit ovat polaarisia, eli työskenneltäessä kondensaattorin positiivisen elektrodin jännitteen on oltava aina negatiivista jännitettä korkeampi.
Elektrolyyttikondensaattorien suuri kapasiteetti uhrataan myös monien muiden ominaisuuksien vuoksi, kuten suuren vuotovirran, suuren vastaavan sarjan induktanssin ja resistanssin, suuren toleranssivirheen ja lyhyen käyttöiän vuoksi.
Polaaristen elektrolyyttikondensaattorien lisäksi on olemassa myös ei-polaarisia elektrolyyttikondensaattoreita. Alla olevassa kuvassa on kahdenlaisia 1000uF, 16V elektrolyyttikondensaattoreita. Niistä suurempi on ei-polaarinen ja pienempi on polaarinen.
(Ei-polaariset ja polaariset elektrolyyttikondensaattorit)
Elektrolyyttikondensaattorin sisäpuoli voi olla nestemäistä elektrolyyttiä tai kiinteää polymeeriä, ja elektrodin materiaali on tavallisesti alumiinia (alumiini) tai tantaalia (tandaali). Seuraavassa on yleinen polaarinen alumiinielektrolyyttikondensaattori rakenteen sisällä, kahden elektrodikerroksen välissä on kerros elektrolyytiin kastettua kuitupaperia sekä kerros sylinteriksi muutettua eristävää paperia, joka on suljettu alumiinikuoreen.
(Elektrolyyttikondensaattorin sisäinen rakenne)
Elektrolyyttikondensaattoria eriteltäessä sen perusrakenne on selvästi nähtävissä. Elektrolyytin haihtumisen ja vuotamisen estämiseksi kondensaattorin tappiosa on kiinnitetty tiivistyskumilla.
Tietysti kuvassa näkyy myös polaaristen ja ei-polaaristen elektrolyyttikondensaattorien sisäisen tilavuuden ero. Samalla kapasiteetilla ja jännitetasolla ei-polaarinen elektrolyyttikondensaattori on noin kaksi kertaa suurempi kuin polaarinen.
(Ei-polaaristen ja polaaristen elektrolyyttikondensaattorien sisäinen rakenne)
Tämä ero johtuu pääasiassa kahden kondensaattorin sisällä olevien elektrodien pinta-alojen suuresta erosta. Ei-polaarinen kondensaattorielektrodi on vasemmalla ja polaarinen elektrodi oikealla. Pinta-alaeron lisäksi kahden elektrodin paksuus on myös erilainen ja napakondensaattorielektrodin paksuus on ohuempi.
(Eri levyinen elektrolyyttikondensaattori alumiinilevy)
2. Kondensaattorin räjähdys
Kun kondensaattorin käyttämä jännite ylittää sen kestojännitteen tai kun polaarisen elektrolyyttikondensaattorin jännitteen napaisuus käännetään, kondensaattorin vuotovirta nousee jyrkästi, mikä lisää kondensaattorin ja elektrolyytin sisäistä lämpöä. tuottaa suuren määrän kaasua.
Kondensaattorin räjähdyksen estämiseksi kondensaattorikotelon yläosaan on painettu kolme uraa, jotta kondensaattorin yläosa on helppo rikkoa korkeassa paineessa ja vapauttaa sisäinen paine.
(Räjäytyssäiliö elektrolyyttikondensaattorin yläosassa)
Kuitenkin jotkut kondensaattorit tuotantoprosessissa, yläuran puristus ei ole pätevää, kondensaattorin sisällä oleva paine saa kondensaattorin pohjassa olevan tiivistyskumin ulos, tällä hetkellä kondensaattorin sisällä oleva paine vapautuu yhtäkkiä, muodostuu räjähdys.
1, ei-polaarinen elektrolyyttikondensaattorin räjähdys
Alla olevassa kuvassa on käsillä oleva ei-polaarinen elektrolyyttikondensaattori, jonka kapasiteetti on 1000uF ja jännite 16V. Kun syötetty jännite ylittää 18 V, vuotovirta kasvaa yhtäkkiä ja lämpötila ja paine kondensaattorin sisällä kasvavat. Lopulta kondensaattorin pohjassa oleva kumitiiviste räjähtää auki ja sisäiset elektrodit särkyvät kuin popcorn.
(ei-polaarinen elektrolyyttikondensaattorin ylijännitepuhallus)
Sitomalla termoparin kondensaattoriin on mahdollista mitata prosessi, jossa kondensaattorin lämpötila muuttuu syötetyn jännitteen kasvaessa. Seuraavassa kuvassa näkyy ei-polaarinen kondensaattori jännitteen nousuprosessissa, kun syötetty jännite ylittää kestojännitteen arvon, sisäinen lämpötila jatkaa nousuaan.
(Jännitteen ja lämpötilan välinen suhde)
Alla oleva kuva esittää kondensaattorin läpi kulkevan virran muutosta saman prosessin aikana. Voidaan nähdä, että virran kasvu on tärkein syy sisäisen lämpötilan nousuun. Tässä prosessissa jännitettä nostetaan lineaarisesti, ja kun virta nousee jyrkästi, teholähderyhmä tekee jännitteen pudotuksen. Lopuksi, kun virta ylittää 6A, kondensaattori räjähtää kovaa pamahduksella.
(Jännitteen ja virran suhde)
Ei-polaarisen elektrolyyttikondensaattorin suuresta sisäisestä tilavuudesta ja elektrolyytin määrästä johtuen ylivuodon jälkeen syntyvä paine on valtava, jolloin kuoren yläosassa oleva paineenalennussäiliö ei rikkoudu ja pohjassa oleva tiivistekumi kondensaattori on puhallettu auki.
2, polaarinen elektrolyyttikondensaattorin räjähdys
Polaarisissa elektrolyyttikondensaattoreissa käytetään jännitettä. Kun jännite ylittää kondensaattorin kestojännitteen, myös vuotovirta nousee jyrkästi, jolloin kondensaattori ylikuumenee ja räjähtää.
Alla oleva kuva esittää rajoittavaa elektrolyyttikondensaattoria, jonka kapasiteetti on 1000uF ja jännite 16V. Ylijännitteen jälkeen sisäinen paineprosessi vapautetaan ylemmän paineenalennussäiliön kautta, joten kondensaattorin räjähdysprosessi vältetään.
Seuraava kuva näyttää kuinka kondensaattorin lämpötila muuttuu syötetyn jännitteen kasvaessa. Kun jännite vähitellen lähestyy kondensaattorin kestojännitettä, kondensaattorin jäännösvirta kasvaa ja sisäinen lämpötila jatkaa nousuaan.
(Jännitteen ja lämpötilan välinen suhde)
Seuraavassa kuvassa on kondensaattorin, nimellisjännite 16V elektrolyyttikondensaattorin, vuotovirran muutos testiprosessissa, kun jännite ylittää 15V, kondensaattorin vuoto alkaa nousta voimakkaasti.
(Jännitteen ja virran suhde)
Kahden ensimmäisen elektrolyyttikondensaattorin kokeellisen prosessin kautta voidaan myös nähdä, että tällaisten 1000uF tavallisten elektrolyyttikondensaattorien jänniteraja. Kondensaattorin korkeajännitteisen rikkoutumisen välttämiseksi elektrolyyttikondensaattoria käytettäessä on jätettävä riittävästi marginaalia todellisten jännitteen vaihteluiden mukaan.
3,elektrolyyttikondensaattorit sarjassa
Tarvittaessa suurempi kapasitanssi ja suurempi kapasitanssin kestojännite voidaan saada rinnakkais- ja sarjakytkennällä, vastaavasti.
(elektrolyyttikondensaattorin popcornit ylipaineräjähdyksen jälkeen)
Joissakin sovelluksissa kondensaattoriin syötettävä jännite on AC-jännite, kuten kaiuttimien kytkentäkondensaattorit, vaihtovirran vaihekompensointi, moottorin vaiheensiirtokondensaattorit jne., jotka edellyttävät ei-polaaristen elektrolyyttikondensaattorien käyttöä.
Joidenkin kondensaattorivalmistajien antamissa käyttöohjeissa on myös mainittu, että perinteisten napakondensaattorien käyttö peräkkäin, eli kaksi kondensaattoria sarjassa yhdessä, mutta napaisuus on päinvastainen, jotta saadaan aikaan ei- napakondensaattorit.
(elektrolyyttikapasitanssi ylijänniteräjähdyksen jälkeen)
Seuraavassa on vertailu napakondensaattoria sovellettaessa myötäjännitettä, käänteistä jännitettä, kahta elektrolyyttikondensaattoria peräkkäin sarjassa kolmeen ei-polaariseen kapasitanssiin, vuotovirta muuttuu käytetyn jännitteen kasvaessa.
1. Myötäjännite ja vuotovirta
Kondensaattorin läpi kulkevaa virtaa mitataan kytkemällä vastus sarjaan. Elektrolyyttikondensaattorin jännitetoleranssialueella (1000uF, 16V) syötettyä jännitettä nostetaan asteittain 0V:sta vastaavan vuotovirran ja jännitteen välisen suhteen mittaamiseksi.
(positiivinen sarjakapasitanssi)
Seuraavassa kuvassa näkyy polaarisen alumiinielektrolyyttikondensaattorin vuotovirran ja jännitteen välinen suhde, joka on epälineaarinen suhde alle 0,5 mA:n vuotovirran kanssa.
(Jännitteen ja virran suhde myötäsarjan jälkeen)
2, käänteinen jännite ja vuotovirta
Käyttämällä samaa virtaa mitattaessa kohdistetun suuntajännitteen ja elektrolyyttikondensaattorin vuotovirran suhdetta, alla olevasta kuvasta voidaan nähdä, että kun kohdistettu käänteinen jännite ylittää 4V, vuotovirta alkaa kasvaa nopeasti. Seuraavan käyrän jyrkkyydestä käänteinen elektrolyyttikapasitanssi vastaa 1 ohmin vastusta.
(Käänteinen jännite Jännitteen ja virran suhde)
3. Vastakkaiset sarjakondensaattorit
Kaksi identtistä elektrolyyttikondensaattoria (1000uF, 16V) kytketään peräkkäin sarjaan polaarittoman vastaavan elektrolyyttikondensaattorin muodostamiseksi, ja sitten mitataan niiden jännitteen ja vuotovirran välinen suhdekäyrä.
(positiivisen ja negatiivisen napaisuuden sarjakapasitanssi)
Seuraavassa kaaviossa näkyy kondensaattorin jännitteen ja vuotovirran välinen suhde, ja voit nähdä, että vuotovirta kasvaa, kun käytetty jännite ylittää 4 V ja virran amplitudi on alle 1,5 mA.
Ja tämä mittaus on hieman yllättävä, koska näet, että näiden kahden peräkkäisen sarjan kondensaattorin vuotovirta on itse asiassa suurempi kuin yksittäisen kondensaattorin vuotovirta, kun jännite syötetään eteenpäin.
(Jännitteen ja virran suhde positiivisen ja negatiivisen sarjan jälkeen)
Ajan syistä johtuen ilmiötä ei kuitenkaan testattu toistuvasti. Ehkä yksi käytetyistä kondensaattoreista oli juuri käänteisjännitetestin kondensaattori ja sisällä oli vaurioita, joten yllä oleva testikäyrä syntyi.
Postitusaika: 25.7.2023
