1. Elektrolītiskie kondensatori
Elektrolītiskie kondensatori ir kondensatori, ko veido oksidācijas slānis uz elektroda, elektrolītam darbojoties kā izolācijas slānim, kam parasti ir liela kapacitāte. Elektrolīts ir šķidrs, želejveida materiāls, kas bagāts ar joniem, un lielākā daļa elektrolītisko kondensatoru ir polāri, tas ir, darbības laikā kondensatora pozitīvā elektroda spriegumam vienmēr jābūt augstākam par negatīvo spriegumu.
Elektrolītisko kondensatoru augstā ietilpība tiek upurēta arī daudzu citu īpašību dēļ, piemēram, lielas noplūdes strāvas, lielas ekvivalentas virknes induktivitātes un pretestības, lielas tolerances kļūdas un īsa kalpošanas laika dēļ.
Papildus polārajiem elektrolītiskajiem kondensatoriem pastāv arī nepolārie elektrolītiskie kondensatori. Zemāk redzamajā attēlā ir parādīti divu veidu 1000uF, 16V elektrolītiskie kondensatori. Starp tiem lielāks ir nepolārs, bet mazāks ir polārs.
(Nepolārie un polārie elektrolītiskie kondensatori)
Elektrolītiskā kondensatora iekšpusē var būt šķidrs elektrolīts vai ciets polimērs, un elektrodu materiāls parasti ir alumīnijs (alumīnija) vai tantals (tandals). Tālāk ir parādīts parasts polārais alumīnija elektrolītiskais kondensators struktūras iekšpusē, starp diviem elektrodu slāņiem ir elektrolītā samērcēts šķiedru papīra slānis, kā arī izolācijas papīra slānis, kas pārvērsts cilindrā, un noslēgts alumīnija apvalkā.
(Elektrolītiskā kondensatora iekšējā struktūra)
Sadalot elektrolītisko kondensatoru, var skaidri redzēt tā pamatstruktūru. Lai novērstu elektrolīta iztvaikošanu un noplūdi, kondensatora tapas daļa ir nostiprināta ar blīvgumiju.
Protams, attēlā redzama arī iekšējā tilpuma atšķirība starp polārajiem un nepolārajiem elektrolītiskajiem kondensatoriem. Pie vienas un tās pašas ietilpības un sprieguma līmeņa nepolārais elektrolītiskais kondensators ir aptuveni divreiz lielāks nekā polārais.
(Nepolāru un polāru elektrolītisko kondensatoru iekšējā struktūra)
Šī atšķirība galvenokārt rodas no lielās atšķirības elektrodu laukumā abu kondensatoru iekšpusē. Nepolārā kondensatora elektrods atrodas kreisajā pusē, bet polārais elektrods - labajā pusē. Papildus laukuma atšķirībai atšķiras arī abu elektrodu biezums, un polārā kondensatora elektroda biezums ir plānāks.
(Dažāda platuma elektrolītiskā kondensatora alumīnija loksne)
2. Kondensatora sprādziens
Kad kondensatora pielietotais spriegums pārsniedz tā izturības spriegumu vai kad polārā elektrolītiskā kondensatora sprieguma polaritāte ir apgriezta, kondensatora noplūdes strāva strauji palielināsies, kā rezultātā palielināsies kondensatora iekšējais siltums, un elektrolīts radīs lielu daudzumu gāzes.
Lai novērstu kondensatora eksploziju, kondensatora korpusa augšpusē ir iespiestas trīs rievas, lai kondensatora augšdaļu būtu viegli salauzt augsta spiediena ietekmē un atbrīvotu iekšējo spiedienu.
(Sprāgstvielas tvertne elektrolītiskā kondensatora augšpusē)
Tomēr dažiem kondensatoriem ražošanas procesā augšējās rievas nospiešana nav kvalificēta, un spiediens kondensatora iekšpusē izspiedīs kondensatora apakšā esošo blīvējuma gumiju, un šajā laikā spiediens kondensatora iekšpusē pēkšņi atbrīvosies, radot sprādzienu.
1. nepolāra elektrolītiskā kondensatora sprādziens
Zemāk redzamajā attēlā redzams nepolārs elektrolītiskais kondensators ar ietilpību 1000 uF un spriegumu 16 V. Pēc tam, kad pielietotais spriegums pārsniedz 18 V, noplūdes strāva pēkšņi palielinās, un temperatūra un spiediens kondensatora iekšpusē paaugstinās. Galu galā gumijas blīvējums kondensatora apakšā pārsprāgst, un iekšējie elektrodi tiek sašķaidīti kā popkorns.
(nepolāra elektrolītiskā kondensatora pārsprieguma spridzināšana)
Pieslēdzot termoelementu kondensatoram, ir iespējams izmērīt procesu, kurā mainās kondensatora temperatūra, palielinoties pielietotajam spriegumam. Nākamajā attēlā parādīts nepolārais kondensators sprieguma palielināšanas procesā, kad pielietotais spriegums pārsniedz izturības sprieguma vērtību, iekšējā temperatūra turpina pieaugt.
(Saistība starp spriegumu un temperatūru)
Zemāk redzamajā attēlā parādītas strāvas stipruma izmaiņas, kas plūst caur kondensatoru tā paša procesa laikā. Var redzēt, ka strāvas stipruma palielināšanās ir galvenais iekšējās temperatūras paaugstināšanās iemesls. Šajā procesā spriegums tiek lineāri palielināts, un, strāvai strauji pieaugot, barošanas bloka grupa izraisa sprieguma kritumu. Visbeidzot, kad strāva pārsniedz 6A, kondensators eksplodē ar skaļu blīkšķi.
(Sprieguma un strāvas savstarpējā saistība)
Nepolārā elektrolītiskā kondensatora lielā iekšējā tilpuma un elektrolīta daudzuma dēļ pēc pārplūdes radītais spiediens ir milzīgs, kā rezultātā korpusa augšpusē esošā spiediena samazināšanas tvertne nesaplīst, un kondensatora apakšā esošā blīvējuma gumija tiek pārpūsta.
2. polārā elektrolītiskā kondensatora sprādziens
Polārajiem elektrolītiskajiem kondensatoriem tiek pielikts spriegums. Kad spriegums pārsniedz kondensatora izturības spriegumu, noplūdes strāva strauji palielināsies, izraisot kondensatora pārkaršanu un eksploziju.
Zemāk redzamajā attēlā parādīts ierobežojošais elektrolītiskais kondensators, kura jauda ir 1000uF un spriegums 16V. Pēc pārsprieguma iekšējais spiediena process tiek atbrīvots caur augšējo spiediena samazināšanas tvertni, tādējādi novēršot kondensatora eksplozijas procesu.
Nākamajā attēlā parādīts, kā mainās kondensatora temperatūra, palielinoties pielietotajam spriegumam. Spriegumam pakāpeniski tuvojoties kondensatora izturības spriegumam, kondensatora atlikušā strāva palielinās, un iekšējā temperatūra turpina pieaugt.
(Saistība starp spriegumu un temperatūru)
Nākamajā attēlā redzama kondensatora, nominālā 16 V elektrolītiskā kondensatora, noplūdes strāvas izmaiņas testa procesā, kad spriegums pārsniedz 15 V, kondensatora noplūde sāk strauji pieaugt.
(Sprieguma un strāvas savstarpējā saistība)
Eksperimentāli izmēģinot pirmos divus elektrolītiskos kondensatorus, var redzēt arī šādu 1000uF parasto elektrolītisko kondensatoru sprieguma robežu. Lai izvairītos no kondensatora augstsprieguma sabrukšanas, lietojot elektrolītisko kondensatoru, ir jāatstāj pietiekama rezerve atbilstoši faktiskajām sprieguma svārstībām.
3,virknē savienoti elektrolītiskie kondensatori
Vajadzības gadījumā lielāku kapacitāti un lielāku kapacitātes izturību pret spriegumu var iegūt, attiecīgi izmantojot paralēlo un virknes savienojumu.
(elektrolītiskā kondensatora popkorns pēc pārspiediena sprādziena)
Dažos pielietojumos kondensatoram pievadītais spriegums ir maiņstrāvas spriegums, piemēram, skaļruņu savienojuma kondensatori, maiņstrāvas fāzes kompensācijas kondensatori, motora fāzes nobīdes kondensatori utt., kam nepieciešami nepolāri elektrolītiskie kondensatori.
Dažu kondensatoru ražotāju sniegtajā lietotāja rokasgrāmatā ir norādīts arī, ka tradicionālos polāros kondensatorus var izmantot, izmantojot savstarpēju savienojumu sērijā, tas ir, divus kondensatorus virknē kopā, bet polaritāte ir pretēja, lai iegūtu nepolāru kondensatoru efektu.
(elektrolītiskā kapacitāte pēc pārsprieguma sprādziena)
Tālāk ir sniegts polāro kondensatoru salīdzinājums, pielietojot tiešo spriegumu, apgriezto spriegumu, divus elektrolītiskos kondensatorus, kas savienoti mugurpusē, trīs nepolāru kapacitātes gadījumos, noplūdes strāva mainās, palielinoties pielietotajam spriegumam.
1. Tiešais spriegums un noplūdes strāva
Caur kondensatoru plūstošo strāvu mēra, savienojot rezistoru virknē. Elektrolītiskā kondensatora sprieguma tolerances diapazonā (1000 µF, 16 V) pielietotais spriegums tiek pakāpeniski palielināts no 0 V, lai izmērītu atbilstošās noplūdes strāvas un sprieguma attiecību.
(pozitīva sērijas kapacitāte)
Nākamajā attēlā parādīta polārā alumīnija elektrolītiskā kondensatora noplūdes strāvas un sprieguma attiecība, kas ir nelineāra attiecība, ja noplūdes strāva ir mazāka par 0,5 mA.
(Sprieguma un strāvas attiecība pēc tiešās virknes)
2, apgrieztais spriegums un noplūdes strāva
Izmantojot to pašu strāvu, lai izmērītu pielietotā virziena sprieguma un elektrolītiskā kondensatora noplūdes strāvas savstarpējo attiecību, no zemāk redzamā attēla var redzēt, ka, pielietotajam apgrieztajam spriegumam pārsniedzot 4 V, noplūdes strāva sāk strauji pieaugt. No nākamās līknes slīpuma redzams, ka apgrieztā elektrolītiskā kapacitāte ir vienāda ar 1 oma pretestību.
(Apgrieztā sprieguma un strāvas attiecība)
3. Sērijas kondensatori ar pretēju savienojumu
Divi identiski elektrolītiskie kondensatori (1000 µF, 16 V) ir savienoti virknē ar mugurpusi pret muguru, veidojot nepolāru ekvivalentu elektrolītisko kondensatoru, un pēc tam tiek mērīta to sprieguma un noplūdes strāvas attiecības līkne.
(pozitīvās un negatīvās polaritātes sērijas kapacitāte)
Nākamajā diagrammā parādīta kondensatora sprieguma un noplūdes strāvas savstarpējā saistība, un var redzēt, ka noplūdes strāva palielinās pēc tam, kad pielietotais spriegums pārsniedz 4 V, un strāvas amplitūda ir mazāka par 1,5 mA.
Un šis mērījums ir nedaudz pārsteidzošs, jo redzat, ka šo divu savstarpēji savienotu sērijveida kondensatoru noplūdes strāva faktiski ir lielāka nekā viena kondensatora noplūdes strāva, kad spriegums tiek pielikts uz priekšu.
(Sprieguma un strāvas savstarpējā saistība pēc pozitīvas un negatīvas virknes)
Tomēr laika trūkuma dēļ šīs parādības atkārtota pārbaude netika veikta. Iespējams, viens no izmantotajiem kondensatoriem bija tas pats, kas tikko tika testēts apgrieztā sprieguma virzienā, un iekšpusē bija bojājums, tāpēc tika ģenerēta iepriekš redzamā testa līkne.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 25. jūlijs
