1. Elektrolytkondensatorer
Elektrolytkondensatorer er kondensatorer, der dannes af oxidationslaget på elektroden gennem elektrolyttens virkning som et isolerende lag, som normalt har en stor kapacitet. Elektrolytten er et flydende, geléagtigt materiale, der er rigt på ioner, og de fleste elektrolytkondensatorer er polære, det vil sige, at spændingen på kondensatorens positive elektrode altid skal være højere end den negative spænding, når den er i drift.
Den høje kapacitet af elektrolytkondensatorer ofres også for mange andre egenskaber, såsom at have en stor lækstrøm, en stor ækvivalent serieinduktans og modstand, en stor tolerancefejl og en kort levetid.
Udover polære elektrolytkondensatorer findes der også upolære elektrolytkondensatorer. I figuren nedenfor er der to typer 1000uF, 16V elektrolytkondensatorer. Blandt dem er den større upolær, og den mindre er polær.
(Upolære og polære elektrolytkondensatorer)
Indersiden af den elektrolytiske kondensator kan være en flydende elektrolyt eller en fast polymer, og elektrodematerialet er almindeligvis aluminium (Aluminium) eller tantal (Tandalum). Følgende er en almindelig polær aluminium elektrolytisk kondensator inde i strukturen, mellem de to lag af elektroder er der et lag fiberpapir gennemvædet med elektrolyt, plus et lag isolerende papir formet som en cylinder, forseglet i aluminiumsskallen.
(Intern struktur af elektrolytisk kondensator)
Når man dissekerer den elektrolytiske kondensator, kan man tydeligt se dens grundlæggende struktur. For at forhindre fordampning og lækage af elektrolytten er kondensatorens bendel fastgjort med tætningsgummi.
Figuren viser selvfølgelig også forskellen i indre volumen mellem polære og upolære elektrolytkondensatorer. Ved samme kapacitet og spændingsniveau er den upolære elektrolytkondensator cirka dobbelt så stor som den polære.
(Intern struktur af ikke-polære og polære elektrolytkondensatorer)
Denne forskel stammer hovedsageligt fra den store forskel i elektrodernes areal inden i de to kondensatorer. Den ikke-polære kondensatorelektrode er til venstre, og den polære elektrode er til højre. Ud over arealforskellen er tykkelsen af de to elektroder også forskellig, og tykkelsen af den polære kondensatorelektrode er tyndere.
(Elektrolytisk kondensator aluminiumsplade af forskellig bredde)
2. Kondensatoreksplosion
Når den spænding, der påføres af kondensatoren, overstiger dens modstandsspænding, eller når polariteten af spændingen i den polære elektrolytiske kondensator vendes, vil kondensatorens lækstrøm stige kraftigt, hvilket resulterer i en stigning i kondensatorens indre varme, og elektrolytten vil producere en stor mængde gas.
For at forhindre kondensatoreksplosion er der tre riller presset på toppen af kondensatorhuset, så toppen af kondensatoren let kan brydes under højt tryk og frigive det indre tryk.
(Sprængningstanken øverst på elektrolytkondensatoren)
Imidlertid er den øverste rillepresning i nogle kondensatorer ikke kvalificeret i produktionsprocessen. Trykket inde i kondensatoren vil få tætningsgummiet i bunden af kondensatoren til at skubbes ud. På dette tidspunkt frigives trykket inde i kondensatoren pludselig, hvilket vil danne en eksplosion.
1, eksplosion af ikke-polær elektrolytkondensator
Figuren nedenfor viser en ikke-polær elektrolytkondensator med en kapacitet på 1000uF og en spænding på 16V. Når den påførte spænding overstiger 18V, stiger lækstrømmen pludselig, og temperaturen og trykket inde i kondensatoren stiger. Til sidst sprænger gummitætningen i bunden af kondensatoren, og de indre elektroder smadres løs som popcorn.
(overspændingssprængning af ikke-polær elektrolytkondensator)
Ved at forbinde et termoelement til en kondensator er det muligt at måle den proces, hvorved kondensatorens temperatur ændrer sig, når den påførte spænding stiger. Følgende figur viser den ikke-polære kondensator i processen med spændingsforøgelse. Når den påførte spænding overstiger den modståelige spændingsværdi, fortsætter den interne temperatur med at stige.
(Forholdet mellem spænding og temperatur)
Figuren nedenfor viser ændringen i strømmen, der løber gennem kondensatoren under samme proces. Det kan ses, at stigningen i strøm er hovedårsagen til stigningen i den indre temperatur. I denne proces øges spændingen lineært, og når strømmen stiger kraftigt, får strømforsyningsgruppen spændingen til at falde. Når strømmen overstiger 6A, eksploderer kondensatoren med et højt brag.
(Forholdet mellem spænding og strøm)
På grund af den store indre volumen af den ikke-polære elektrolytkondensator og mængden af elektrolyt er trykket, der genereres efter overløbet, enormt, hvilket resulterer i, at trykaflastningstanken øverst på skallen ikke går i stykker, og tætningsgummiet i bunden af kondensatoren blæses åben.
2, eksplosion af polær elektrolytkondensator
For polære elektrolytkondensatorer påføres en spænding. Når spændingen overstiger kondensatorens modstandsspænding, vil lækstrømmen også stige kraftigt, hvilket får kondensatoren til at overophede og eksplodere.
Figuren nedenfor viser den begrænsende elektrolytiske kondensator, som har en kapacitet på 1000uF og en spænding på 16V. Efter overspænding frigives det interne tryk gennem den øverste trykaflastningstank, så kondensatoreksplosion undgås.
Den følgende figur viser, hvordan kondensatorens temperatur ændrer sig med stigende påført spænding. Efterhånden som spændingen gradvist nærmer sig kondensatorens modstandsspænding, stiger kondensatorens reststrøm, og den indre temperatur fortsætter med at stige.
(Forholdet mellem spænding og temperatur)
Følgende figur viser ændringen i lækstrømmen fra kondensatoren, den nominelle 16V elektrolytkondensator, under testprocessen. Når spændingen overstiger 15V, begynder lækagen fra kondensatoren at stige kraftigt.
(Forholdet mellem spænding og strøm)
Gennem den eksperimentelle proces med de første to elektrolytkondensatorer kan det også ses, at spændingsgrænsen for sådanne almindelige elektrolytkondensatorer er 1000uF. For at undgå højspændingsnedbrud i kondensatoren er det nødvendigt at efterlade tilstrækkelig margin i henhold til de faktiske spændingsudsving, når man bruger den elektrolytkondensator.
3,elektrolytiske kondensatorer i serie
Hvor det er relevant, kan større kapacitans og større kapacitansholdbar spændingsmodstand opnås ved henholdsvis parallel- og serieforbindelse.
(popcorn af elektrolytisk kondensator efter overtrykseksplosion)
I nogle anvendelser er den spænding, der påføres kondensatoren, vekselspænding, såsom koblingskondensatorer i højttalere, vekselstrømsfasekompensation, motorfaseskiftkondensatorer osv., hvilket kræver brug af ikke-polære elektrolytkondensatorer.
I brugermanualerne fra nogle kondensatorproducenter er det også angivet, at traditionelle polarkondensatorer kan serieforbindes, dvs. to kondensatorer i serie, men med modsat polaritet for at opnå effekten af upolære kondensatorer.
(elektrolytisk kapacitans efter overspændingseksplosion)
Følgende er en sammenligning af den polære kondensator i anvendelsen af fremspænding, omvendt spænding, to elektrolytiske kondensatorer i serie i tre tilfælde af ikke-polær kapacitans, hvor lækstrømmen ændrer sig med stigende påført spænding.
1. Fremadrettet spænding og lækstrøm
Strømmen, der løber gennem kondensatoren, måles ved at forbinde en modstand i serie. Inden for elektrolytkondensatorens spændingstoleranceområde (1000uF, 16V) øges den påførte spænding gradvist fra 0V for at måle forholdet mellem den tilsvarende lækstrøm og spændingen.
(positiv seriekapacitans)
Den følgende figur viser forholdet mellem lækstrømmen og spændingen i en polær aluminiumelektrolytkondensator, hvilket er et ikke-lineært forhold med lækstrømmen under 0,5 mA.
(Forholdet mellem spænding og strøm efter den fremadrettede serie)
2, omvendt spænding og lækstrøm
Ved at bruge den samme strøm til at måle forholdet mellem den påførte retningsspænding og elektrolytkondensatorens lækstrøm, kan det ses ud fra figuren nedenfor, at når den påførte omvendte spænding overstiger 4 V, begynder lækstrømmen at stige hurtigt. Ud fra hældningen af den følgende kurve svarer den omvendte elektrolytkondensator til en modstand på 1 ohm.
(Omvendt spændingsforhold mellem spænding og strøm)
3. Seriekondensatorer i serie mod hinanden
To identiske elektrolytkondensatorer (1000uF, 16V) er forbundet ryg mod ryg i serie for at danne en ikke-polær ækvivalent elektrolytkondensator, og derefter måles forholdskurven mellem deres spænding og lækstrøm.
(positiv og negativ polaritetsseriekapacitans)
Følgende diagram viser forholdet mellem kondensatorspændingen og lækstrømmen, og man kan se, at lækstrømmen stiger, når den påførte spænding overstiger 4V, og strømamplituden er mindre end 1,5mA.
Og denne måling er lidt overraskende, fordi man ser, at lækstrømmen for disse to seriekondensatorer, der er forbundet efter hinanden, faktisk er større end lækstrømmen for en enkelt kondensator, når spændingen påføres fremad.
(Forholdet mellem spænding og strøm efter positiv og negativ serie)
Af tidsmæssige årsager blev der dog ikke foretaget en gentagen test af dette fænomen. Måske var en af de anvendte kondensatorer den samme som den, der blev brugt til testen af den omvendte spænding, og der var skader indeni, så ovenstående testkurve blev genereret.
Opslagstidspunkt: 25. juli 2023
