1. Elektrolitički kondenzatori
Elektrolitički kondenzatori su kondenzatori formirani 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, velika ekvivalentna serijska induktivnost i otpor, velika tolerancijska greška i kratak vijek trajanja.
Pored polarnih elektrolitskih kondenzatora, postoje i nepolarni elektrolitički kondenzatori. Na slici ispod 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 tečni elektrolit ili čvrsti polimer, a materijal elektrode je obično aluminij (Aluminij) ili tantal (Tandalum). 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.
(Unutrašnja struktura elektrolitičkog kondenzatora)
Rastavljanjem elektrolitičkog kondenzatora, njegova osnovna struktura se jasno vidi. Kako bi se spriječilo isparavanje i curenje elektrolita, pin kondenzatora je fiksiran zaptivnom gumom.
Naravno, slika također prikazuje razliku u unutrašnjem volumenu između polarnih i nepolarnih elektrolitskih kondenzatora. Pri istom kapacitetu i naponskom nivou, nepolarni elektrolitski kondenzator je otprilike dvostruko veći od polarnog.
(Unutrašnja struktura nepolarnih i polarnih elektrolitskih kondenzatora)
Ova razlika uglavnom proizlazi iz velike razlike u površini elektroda unutar dva kondenzatora. Nepolarna elektroda kondenzatora je s lijeve strane, a polarna elektroda s desne. Pored razlike u površini, debljina dvije elektrode 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 polaritet napona polarnog elektrolitičkog kondenzatora obrne, struja curenja kondenzatora će naglo porasti, što će rezultirati povećanjem unutrašnjeg zagrijavanja 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 pritiskom i oslobađa unutrašnji pritisak.
(Rezervoar za eksploziju na vrhu elektrolitičkog kondenzatora)
Međutim, kod nekih kondenzatora u procesu proizvodnje, pritisak na gornji žlijeb nije kvalifikovan, što dovodi do izbacivanja gumene zaptivke na dnu kondenzatora zbog pritiska unutar kondenzatora, što dovodi do naglog oslobađanja pritiska 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 pređe 18V, struja curenja naglo raste, a temperatura i pritisak unutar kondenzatora se povećavaju. Na kraju, gumena zaptivka na dnu kondenzatora puca, a unutrašnje elektrode se raspadaju poput kokica.
(prenaponsko miniranje nepolarnih elektrolitičkih kondenzatora)
Vezivanjem 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, unutrašnja temperatura nastavlja da raste.
(Odnos između napona i temperature)
Donja slika prikazuje promjenu struje koja teče kroz kondenzator tokom istog procesa. Može se vidjeti da je povećanje struje glavni razlog porasta unutrašnje temperature. U ovom procesu, napon se linearno povećava, a kako struja naglo raste, grupa za napajanje uzrokuje pad napona. Konačno, kada struja pređe 6A, kondenzator eksplodira uz glasan prasak.
(Odnos između napona i struje)
Zbog velike unutrašnje zapremine nepolarnog elektrolitičkog kondenzatora i količine elektrolita, pritisak koji se stvara nakon prelivanja je ogroman, što rezultira time da se rezervoar za smanjenje pritiska na vrhu ljuske ne slomi, a zaptivna 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, unutrašnji pritisak se ispušta kroz gornji rezervoar za rasterećenje pritiska, čime se izbjegava eksplozija kondenzatora.
Sljedeća slika prikazuje kako se temperatura kondenzatora mijenja s povećanjem primijenjenog napona. Kako se napon postepeno približava podnošljivom naponu kondenzatora, preostala struja kondenzatora se povećava, a unutrašnja temperatura nastavlja rasti.
(Odnos između napona i temperature)
Sljedeća slika prikazuje promjenu struje curenja kondenzatora, nominalnog elektrolitičkog kondenzatora od 16V, tokom procesa ispitivanja. Kada napon pređe 15V, curenje kondenzatora počinje naglo rasti.
(Odnos između napona i struje)
Kroz eksperimentalni proces prva dva elektrolitska kondenzatora, može se vidjeti i naponsko ograničenje običnih elektrolitskih kondenzatora od 1000uF. Kako bi se izbjegao proboj kondenzatora usljed visokog napona, prilikom korištenja elektrolitičkog kondenzatora potrebno je ostaviti dovoljnu marginu u skladu sa stvarnim fluktuacijama napona.
3,elektrolitički kondenzatori u seriji
Gdje je to prikladno, veći kapacitet i veći podnošljivi napon kapacitivnosti mogu se postići paralelnim i serijskim spajanjem, respektivno.
(kokice elektrolitičkog kondenzatora nakon eksplozije zbog prevelikog pritiska)
U nekim primjenama, napon koji se primjenjuje na kondenzator je izmjenični napon, kao što su spojni kondenzatori zvučnika, kompenzacija faze naizmjenične struje, kondenzatori za fazno pomicanje motora itd., što zahtijeva upotrebu nepolarnih elektrolitskih kondenzatora.
U korisničkim uputstvima nekih proizvođača kondenzatora također se navodi da se tradicionalni polarni kondenzatori koriste serijskim spajanjem leđa uz leđa, odnosno dva kondenzatora spojena u seriju, ali sa suprotnim polaritetom kako bi se dobio efekat nepolarnih kondenzatora.
(elektrolitička kapacitivnost nakon eksplozije prenapona)
Slijedi poređenje polarnog kondenzatora pri primjeni direktnog napona, inverznog napona, 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 postepeno povećava od 0V kako bi se izmjerio odnos između odgovarajuće struje curenja 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 0,5mA.
(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 curenja elektrolitskog kondenzatora, na slici ispod se može vidjeti da kada primijenjeni inverzni napon pređe 4V, struja curenja počinje brzo rasti. Iz nagiba sljedeće krivulje, inverzni elektrolitički kapacitet je ekvivalentan otporu od 1 oma.
(Odnos između napona i struje u obrnutom smjeru)
3. Serijski kondenzatori spojeni leđa uz leđa
Dva identična elektrolitska kondenzatora (1000uF, 16V) su spojena jedan za drugim u seriju kako bi formirali 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 curenja, i možete vidjeti da se struja curenja povećava nakon što primijenjeni napon pređe 4V, a amplituda struje je manja od 1,5mA.
I ovo mjerenje je pomalo iznenađujuće, jer vidite da je struja curenja ova dva kondenzatora spojena u seriju leđa zapravo veća od struje curenja jednog kondenzatora kada se napon primjenjuje direktno.
(Odnos između napona i struje nakon pozitivne i negativne serije)
Međutim, zbog vremenskih razloga, nije bilo ponovljenog testa za ovaj fenomen. Možda je jedan od korištenih kondenzatora bio onaj iz testa inverznog napona, te je došlo do oštećenja unutra, pa je generirana gornja krivulja testa.
Vrijeme objave: 25. jula 2023.
