1. Elektrolüütkondensaatorid
Elektrolüütkondensaatorid on kondensaatorid, mis moodustuvad elektroodi oksüdatsioonikihist elektrolüüdi toimel isoleeriva kihina, millel on tavaliselt suur mahtuvus. Elektrolüüt on vedel, tarretisesarnane iooniderikas materjal ja enamik elektrolüütkondensaatoreid on polaarsed, st töötamise ajal peab kondensaatori positiivse elektroodi pinge olema alati kõrgem kui negatiivse elektroodi pinge.
Elektrolüütkondensaatorite suurt mahtuvust ohverdavad ka paljud muud omadused, näiteks suur lekkevool, suur ekvivalentne jadainduktiivsus ja takistus, suur tolerantsivea ja lühike eluiga.
Lisaks polaarsetele elektrolüütkondensaatoritele on olemas ka mittepolaarsed elektrolüütkondensaatorid. Alloleval joonisel on kahte tüüpi 1000uF, 16V elektrolüütkondensaatoreid. Nende hulgas on suurem mittepolaarne ja väiksem polaarne.
(Mittepolaarsed ja polaarsed elektrolüütkondensaatorid)
Elektrolüütkondensaatori sisemus võib olla vedel elektrolüüt või tahke polümeer ning elektroodimaterjal on tavaliselt alumiinium (alumiinium) või tantaal (tandalum). Järgnevalt on kujutatud tavalist polaarset alumiinium-elektrolüütkondensaatorit, mille struktuuris on kahe elektroodikihi vahel elektrolüüdis immutatud kiudpaberi kiht ja alumiiniumkesta sisse suletud silindriks vormitud isoleerpaberi kiht.
(Elektrolüütkondensaatori sisemine struktuur)
Elektrolüütkondensaatori lahtivõtmisel on selgelt näha selle põhistruktuur. Elektrolüüdi aurustumise ja lekke vältimiseks on kondensaatori tihvtosa kinnitatud tihenduskummiga.
Loomulikult näitab joonis ka polaarsete ja mittepolaarsete elektrolüütkondensaatorite sisemahu erinevust. Sama mahtuvuse ja pingetaseme juures on mittepolaarne elektrolüütkondensaator umbes kaks korda suurem kui polaarne.
(Mittepolaarsete ja polaarsete elektrolüütkondensaatorite sisemine struktuur)
See erinevus tuleneb peamiselt kahe kondensaatori sees olevate elektroodide pindala suurest erinevusest. Mittepolaarse kondensaatori elektrood on vasakul ja polaarse kondensaatori elektrood paremal. Lisaks pindala erinevusele on ka kahe elektroodi paksus erinev ning polaarse kondensaatori elektroodi paksus on õhem.
(Erineva laiusega elektrolüütkondensaator alumiiniumleht)
2. Kondensaatori plahvatus
Kui kondensaatori rakendatav pinge ületab selle taluvuspinget või kui polaarse elektrolüütkondensaatori pinge polaarsus on vastupidine, tõuseb kondensaatori lekkevool järsult, mille tulemuseks on kondensaatori sisesoojuse suurenemine ja elektrolüüt tekitab suures koguses gaasi.
Kondensaatori plahvatuse vältimiseks on kondensaatori korpuse ülaosas kolm soont, nii et kondensaatori ülaosa on kõrge rõhu all kergesti purunev ja siserõhk vabastatav.
(Elektrolüütkondensaatori ülaosas olev lõhkepaak)
Siiski ei ole mõnede kondensaatorite tootmisprotsessis ülemise soone pressimine kvalifitseeritud. Kondensaatori sees olev rõhk põhjustab kondensaatori põhjas oleva tihenduskummi väljatõmbumist. Sel ajal vabaneb kondensaatori sees olev rõhk järsult ja tekib plahvatus.
1. mittepolaarse elektrolüütkondensaatori plahvatus
Allolev joonis näitab vaadeldavat mittepolaarset elektrolüütkondensaatorit mahtuvusega 1000uF ja pingega 16V. Kui rakendatud pinge ületab 18V, suureneb lekkevool järsult ning temperatuur ja rõhk kondensaatori sees suurenevad. Lõpuks puruneb kondensaatori põhjas olev kummist tihend ja sisemised elektroodid purunevad nagu popkorn.
(mittepolaarse elektrolüütkondensaatori ülepinge plahvatus)
Termopaari kondensaatoriga ühendades on võimalik mõõta protsessi, mille käigus kondensaatori temperatuur muutub rakendatud pinge suurenedes. Järgmisel joonisel on kujutatud mittepolaarset kondensaatorit pinge suurenemise protsessis, kus kui rakendatud pinge ületab taluvuspinge väärtuse, jätkab sisetemperatuuri tõusu.
(Pinge ja temperatuuri vaheline seos)
Allolev joonis näitab kondensaatorist läbi voolava voolu muutust sama protsessi käigus. On näha, et voolutugevuse suurenemine on peamine sisetemperatuuri tõusu põhjus. Selle protsessi käigus suureneb pinge lineaarselt ja voolutugevuse järsu tõusu korral põhjustab toiteplokk pingelanguse. Lõpuks, kui voolutugevus ületab 6 A, plahvatab kondensaator valju pauguga.
(Pinge ja voolu vaheline seos)
Mittepolaarse elektrolüütkondensaatori suure sisemahu ja elektrolüüdi hulga tõttu on pärast ülevoolu tekkiv rõhk tohutu, mille tulemusel ei purune korpuse ülaosas olev rõhu alandamise paak ja kondensaatori põhjas olev tihenduskumm puhutakse lahti.
2, polaarne elektrolüütkondensaatori plahvatus
Polaarsete elektrolüütkondensaatorite puhul rakendatakse pinget. Kui pinge ületab kondensaatori taluvuspinget, suureneb ka lekkevool järsult, põhjustades kondensaatori ülekuumenemise ja plahvatuse.
Allolev joonis näitab piiravat elektrolüütkondensaatorit, mille mahtuvus on 1000uF ja pinge 16V. Pärast ülepinget vabastatakse siserõhk läbi ülemise rõhupaagi, nii et kondensaatori plahvatusprotsess on välistatud.
Järgnev joonis näitab, kuidas kondensaatori temperatuur muutub rakendatud pinge suurenemisega. Kui pinge läheneb järk-järgult kondensaatori taluvuspingele, suureneb kondensaatori jääkvool ja sisetemperatuur jätkab tõusmist.
(Pinge ja temperatuuri vaheline seos)
Järgnev joonis kujutab kondensaatori, nominaalse 16V elektrolüütkondensaatori lekkevoolu muutust katseprotsessis, kui pinge ületab 15V, hakkab kondensaatori leke järsult tõusma.
(Pinge ja voolu vaheline seos)
Kahe esimese elektrolüütkondensaatori katseprotsessi käigus on näha ka selliste 1000uF tavaliste elektrolüütkondensaatorite pinge piir. Kondensaatori kõrgepinge läbilöögi vältimiseks tuleb elektrolüütkondensaatori kasutamisel jätta tegelike pingekõikumiste jaoks piisavalt varu.
3,järjestikku ühendatud elektrolüütkondensaatorid
Vajaduse korral saab suurema mahtuvuse ja suurema mahtuvuse taluvuspinget saavutada vastavalt paralleel- ja jadaühenduse abil.
(elektrolüütkondensaatori popkorn pärast ülerõhu plahvatust)
Mõnes rakenduses rakendatakse kondensaatorile vahelduvpinget, näiteks kõlarite ühenduskondensaatorites, vahelduvvoolu faasikompensatsioonis, mootori faasinihkekondensaatorites jne, mis nõuavad mittepolaarsete elektrolüütkondensaatorite kasutamist.
Mõnede kondensaatoritootjate kasutusjuhendites on ka mainitud, et traditsioonilisi polaarkondensaatoreid kasutatakse vastujadaühenduses, st kaks kondensaatorit on järjestikku ühendatud, kuid polaarsus on vastupidine, et saavutada mittepolaarsete kondensaatorite efekt.
(elektrolüütiline mahtuvus pärast ülepinge plahvatust)
Järgnevalt on võrdlus polaarkondensaatori rakendamisel päripinge, vastupinge, kahe elektrolüütkondensaatori tagurpidi järjestikku ühendamisel kolmeks mittepolaarse mahtuvuse juhtumiks, lekkevool muutub rakendatud pinge suurenemisega.
1. Edasipinge ja lekkevool
Kondensaatorist läbi voolavat voolu mõõdetakse takisti järjestikku ühendamise teel. Elektrolüütkondensaatori pingetaluvuse vahemikus (1000uF, 16V) suurendatakse rakendatavat pinget järk-järgult 0V-st, et mõõta vastava lekkevoolu ja pinge vahelist seost.
(positiivne seeriamahtuvus)
Järgnev joonis näitab polaarse alumiinium-elektrolüütkondensaatori lekkevoolu ja pinge vahelist seost, mis on mittelineaarne seos lekkevoolu korral alla 0,5 mA.
(Pinge ja voolu vaheline seos pärast edasisuunalist seeriat)
2, pöördpinge ja lekkevool
Kasutades sama voolutugevust rakendatud suunapinge ja elektrolüütkondensaatori lekkevoolu vahelise seose mõõtmiseks, on allolevalt jooniselt näha, et kui rakendatud vastupinge ületab 4 V, hakkab lekkevool kiiresti suurenema. Järgmise kõvera kaldest nähtub, et vastuvoolu elektrolüütiline mahtuvus on võrdne 1-oomise takistusega.
(Vastupinge Pinge ja voolu vaheline seos)
3. Vastupidiselt seeriakondensaatorid
Kaks identset elektrolüütkondensaatorit (1000uF, 16V) ühendatakse järjestikku selg-selg-ühendusega, moodustades mittepolaarse ekvivalentse elektrolüütkondensaatori, ja seejärel mõõdetakse nende pinge ja lekkevoolu vahelist sõltuvuskõverat.
(positiivse ja negatiivse polaarsusega seeriamahtuvus)
Järgnev diagramm näitab kondensaatori pinge ja lekkevoolu vahelist seost ning on näha, et lekkevool suureneb pärast seda, kui rakendatud pinge ületab 4 V ja voolu amplituud on väiksem kui 1,5 mA.
Ja see mõõtmine on veidi üllatav, sest näete, et nende kahe tagurpidi ühendatud jadakondensaatori lekkevool on tegelikult suurem kui ühe kondensaatori lekkevool, kui pinget rakendatakse edasi.
(Pinge ja voolu vaheline seos pärast positiivset ja negatiivset seeriat)
Ajapiirangu tõttu ei tehtud selle nähtuse korduvat testi. Võimalik, et üks kasutatud kondensaatoritest oli just praegune vastupinge testi kondensaator ja sees oli kahjustus, nii et tekkiski ülaltoodud testkõver.
Postituse aeg: 25. juuli 2023
