1. Электролитические конденсаторы
Электролитические конденсаторы — это конденсаторы, образованные окислительным слоем на электроде под действием электролита как изолирующего слоя, который обычно имеет большую емкость. Электролит представляет собой жидкий желеобразный материал, богатый ионами, причем большинство электролитических конденсаторов являются полярными, то есть при работе напряжение положительного электрода конденсатора должно быть всегда выше отрицательного.
Высокая емкость электролитических конденсаторов также приносится в жертву многим другим характеристикам, таким как большой ток утечки, большая эквивалентная последовательная индуктивность и сопротивление, большая погрешность допуска и короткий срок службы.
Помимо полярных электролитических конденсаторов существуют также неполярные электролитические конденсаторы. На рисунке ниже показаны два типа электролитических конденсаторов емкостью 1000 мкФ и напряжением 16 В. Среди них больший — неполярный, а меньший — полярный.
(Неполярные и полярные электролитические конденсаторы)
Внутренняя часть электролитического конденсатора может представлять собой жидкий электролит или твердый полимер, а материалом электрода обычно является алюминий (алюминий) или тантал (тандал). Далее внутри конструкции находится обычный полярный алюминиевый электролитический конденсатор, между двумя слоями электродов находится слой волокнистой бумаги, пропитанной электролитом, плюс слой изоляционной бумаги, превращенный в цилиндр, запечатанный в алюминиевую оболочку.
(Внутренняя структура электролитического конденсатора)
Если разобрать электролитический конденсатор, можно ясно увидеть его основную структуру. Для предотвращения испарения и вытекания электролита штыревая часть конденсатора фиксируется уплотнительной резиной.
Конечно, на рисунке также показана разница внутреннего объема полярных и неполярных электролитических конденсаторов. При одинаковой ёмкости и уровне напряжения неполярный электролитический конденсатор примерно в два раза больше полярного.
(Внутреннее строение неполярных и полярных электролитических конденсаторов)
Эта разница в основном связана с большой разницей в площади электродов внутри двух конденсаторов. Электрод неполярного конденсатора находится слева, а полярный электрод — справа. Помимо разницы в площади, толщина двух электродов также различается, а толщина электрода полярного конденсатора тоньше.
(Алюминиевый лист электролитического конденсатора разной ширины)
2. Взрыв конденсатора
Когда напряжение, приложенное конденсатором, превышает его выдерживаемое напряжение или когда полярность напряжения полярного электролитического конденсатора меняется на обратную, ток утечки конденсатора резко возрастает, что приводит к увеличению внутреннего тепла конденсатора и электролита. будет производить большое количество газа.
Чтобы предотвратить взрыв конденсатора, в верхней части корпуса конденсатора имеются три канавки, благодаря чему верхнюю часть конденсатора можно легко сломать под высоким давлением и сбросить внутреннее давление.
(Взрывной резервуар в верхней части электролитического конденсатора)
Тем не менее, некоторые конденсаторы в производственном процессе, прессование верхней канавки не является квалифицированным, давление внутри конденсатора приведет к выталкиванию уплотнительной резины в нижней части конденсатора, в это время давление внутри конденсатора внезапно сбрасывается, образуется взрыв.
1, взрыв неполярного электролитического конденсатора
На рисунке ниже показан имеющийся под рукой неполярный электролитический конденсатор емкостью 1000мкФ и напряжением 16В. После того, как приложенное напряжение превышает 18 В, ток утечки внезапно увеличивается, а температура и давление внутри конденсатора возрастают. В конце концов резиновое уплотнение в нижней части конденсатора разрывается, и внутренние электроды разлетаются, как попкорн.
(взрывная обработка неполярного электролитического конденсатора от перенапряжения)
Подключив термопару к конденсатору, можно измерить процесс изменения температуры конденсатора при увеличении приложенного напряжения. На следующем рисунке показан неполярный конденсатор в процессе увеличения напряжения: когда приложенное напряжение превышает значение выдерживаемого напряжения, внутренняя температура продолжает увеличиваться.
(Взаимосвязь между напряжением и температурой)
На рисунке ниже показано изменение тока, протекающего через конденсатор во время того же процесса. Видно, что увеличение тока является основной причиной повышения внутренней температуры. В этом процессе напряжение линейно увеличивается, а при резком возрастании тока группа источника питания вызывает падение напряжения. Наконец, когда ток превышает 6А, конденсатор с громким хлопком взрывается.
(Взаимосвязь между напряжением и током)
Из-за большого внутреннего объема неполярного электролитического конденсатора и количества электролита давление, создаваемое после перелива, огромно, в результате чего бак сброса давления в верхней части корпуса не ломается, а уплотнительная резина внизу Конденсатор взорван.
2, взрыв полярного электролитического конденсатора
К полярным электролитическим конденсаторам прикладывается напряжение. Когда напряжение превышает выдерживаемое напряжение конденсатора, ток утечки также резко возрастает, что приводит к перегреву и взрыву конденсатора.
На рисунке ниже показан ограничительный электролитический конденсатор, имеющий емкость 1000мкФ и напряжение 16В. После перенапряжения внутреннее давление сбрасывается через верхний бак сброса давления, что позволяет избежать процесса взрыва конденсатора.
На следующем рисунке показано, как меняется температура конденсатора с увеличением приложенного напряжения. По мере того, как напряжение постепенно приближается к выдерживаемому напряжению конденсатора, остаточный ток конденсатора увеличивается, а внутренняя температура продолжает расти.
(Взаимосвязь между напряжением и температурой)
На следующем рисунке показано изменение тока утечки конденсатора, номинального электролитического конденсатора 16 В, в процессе испытаний, когда напряжение превышает 15 В, утечка конденсатора начинает резко возрастать.
(Взаимосвязь между напряжением и током)
В ходе экспериментального процесса первых двух электролитических конденсаторов также можно увидеть, что предел напряжения таких обычных электролитических конденсаторов емкостью 1000 мкФ. Во избежание высоковольтного пробоя конденсатора при использовании электролитического конденсатора необходимо оставить достаточный запас по реальным колебаниям напряжения.
3,электролитические конденсаторы последовательно
При необходимости большую емкость и большее выдерживаемое напряжение емкости можно получить путем параллельного и последовательного соединения соответственно.
(попкорн электролитического конденсатора после взрыва при избыточном давлении)
В некоторых приложениях напряжение, подаваемое на конденсатор, представляет собой переменное напряжение, например, в конденсаторах связи динамиков, фазовой компенсации переменного тока, фазосдвигающих конденсаторах двигателей и т. д., что требует использования неполярных электролитических конденсаторов.
В руководствах пользователя, предоставленных некоторыми производителями конденсаторов, также указано, что традиционные полярные конденсаторы следует использовать последовательно последовательно, то есть два конденсатора, соединенных последовательно вместе, но полярность противоположна для получения эффекта не- полярные конденсаторы.
(электролитическая емкость после взрыва перенапряжения)
Ниже приводится сравнение полярного конденсатора при приложении прямого напряжения, обратного напряжения, двух электролитических конденсаторов, включенных последовательно, в трех случаях неполярной емкости, ток утечки изменяется с увеличением приложенного напряжения.
1. Прямое напряжение и ток утечки.
Ток, протекающий через конденсатор, измеряется последовательным подключением резистора. В пределах диапазона допуска напряжения электролитического конденсатора (1000 мкФ, 16 В) приложенное напряжение постепенно увеличивается от 0 В для измерения зависимости между соответствующим током утечки и напряжением.
(положительная последовательная емкость)
На следующем рисунке показана зависимость между током утечки и напряжением полярного алюминиевого электролитического конденсатора, которая является нелинейной зависимостью при токе утечки ниже 0,5 мА.
(Соотношение между напряжением и током после прямого ряда)
2, обратное напряжение и ток утечки
Используя тот же ток для измерения зависимости между приложенным направленным напряжением и током утечки электролитического конденсатора, на рисунке ниже видно, что когда приложенное обратное напряжение превышает 4 В, ток утечки начинает быстро увеличиваться. Судя по наклону следующей кривой, обратная электролитическая емкость эквивалентна сопротивлению 1 Ом.
(Обратное напряжение. Связь между напряжением и током)
3. Конденсаторы встречно-последовательного действия.
Два идентичных электролитических конденсатора (1000 мкФ, 16 В) соединяются последовательно, образуя неполярный эквивалентный электролитический конденсатор, а затем измеряется кривая зависимости между их напряжением и током утечки.
(последовательная емкость положительной и отрицательной полярности)
На следующей диаграмме показана взаимосвязь между напряжением конденсатора и током утечки. Вы можете видеть, что ток утечки увеличивается после того, как приложенное напряжение превышает 4 В, а амплитуда тока составляет менее 1,5 мА.
И это измерение немного удивительно, потому что вы видите, что ток утечки этих двух последовательно соединенных конденсаторов на самом деле больше, чем ток утечки одного конденсатора, когда напряжение приложено вперед.
(Соотношение между напряжением и током после положительного и отрицательного ряда)
Однако по временным причинам повторное испытание этого явления не проводилось. Возможно, один из использованных конденсаторов только что использовался для проверки обратного напряжения, и внутри него было повреждение, поэтому была создана приведенная выше тестовая кривая.
Время публикации: 25 июля 2023 г.
