1. Elektrolyttiske kondensatorer
Elektrolyttiske kondensatorer er kondensatorer som dannes av oksidasjonslaget på elektroden gjennom elektrolyttens virkning som et isolerende lag, som vanligvis har en stor kapasitet. Elektrolytten er et flytende, geléaktig materiale rikt på ioner, og de fleste elektrolyttiske kondensatorer er polare, det vil si at spenningen til den positive elektroden på kondensatoren alltid må være høyere enn den negative spenningen når den er i drift.
Den høye kapasiteten til elektrolyttkondensatorer ofres også for mange andre egenskaper, som å ha stor lekkasjestrøm, stor ekvivalent serieinduktans og motstand, stor toleransefeil og kort levetid.
I tillegg til polare elektrolyttkondensatorer finnes det også upolare elektrolyttkondensatorer. I figuren nedenfor er det to typer 1000uF, 16V elektrolyttkondensatorer. Blant dem er den største upolare, og den minste er polare.
(Upolare og polare elektrolytiske kondensatorer)
Innsiden av den elektrolyttiske kondensatoren kan være en flytende elektrolytt eller en fast polymer, og elektrodematerialet er vanligvis aluminium (aluminium) eller tantal (tandalum). Følgende er en vanlig polar aluminium elektrolyttkondensator inne i strukturen, mellom de to lagene med elektroder er det et lag med fiberpapir dynket i elektrolytt, pluss et lag med isolerende papir forvandlet til en sylinder, forseglet i aluminiumsskallet.
(Intern struktur av elektrolyttkondensator)
Når man dissekerer den elektrolyttiske kondensatoren, kan man tydelig se dens grunnleggende struktur. For å forhindre fordampning og lekkasje av elektrolytten, er kondensatorens pinne festet med tetningsgummi.
Figuren viser selvfølgelig også forskjellen i indre volum mellom polare og ikke-polare elektrolyttkondensatorer. Ved samme kapasitet og spenningsnivå er den ikke-polare elektrolyttkondensatoren omtrent dobbelt så stor som den polare.
(Intern struktur av ikke-polare og polare elektrolytiske kondensatorer)
Denne forskjellen kommer hovedsakelig fra den store forskjellen i arealet av elektrodene inne i de to kondensatorene. Den upolare kondensatorelektroden er til venstre og den polare elektroden er til høyre. I tillegg til arealforskjellen er tykkelsen på de to elektrodene også forskjellig, og tykkelsen på den polare kondensatorelektroden er tynnere.
(Elektrolyttisk kondensator aluminiumsplate med forskjellig bredde)
2. Kondensatoreksplosjon
Når spenningen som påføres av kondensatoren overstiger dens motstandsspenning, eller når polariteten til spenningen til den polare elektrolytiske kondensatoren reverseres, vil kondensatorens lekkasjestrøm stige kraftig, noe som resulterer i en økning i kondensatorens indre varme, og elektrolytten vil produsere en stor mengde gass.
For å forhindre kondensatoreksplosjon er det tre spor presset på toppen av kondensatorhuset, slik at toppen av kondensatoren er lett å bryte under høyt trykk og frigjøre det indre trykket.
(Spenningstank på toppen av elektrolyttkondensatoren)
Imidlertid er det ikke kvalifisert pressing av den øvre sporet i noen kondensatorer i produksjonsprosessen. Trykket inne i kondensatoren vil føre til at tetningsgummien i bunnen av kondensatoren kastes ut. Trykket inne i kondensatoren frigjøres plutselig og det vil oppstå en eksplosjon.
1, eksplosjon av ikke-polar elektrolytisk kondensator
Figuren nedenfor viser en upolar elektrolyttkondensator for hånden, med en kapasitet på 1000uF og en spenning på 16V. Etter at den påførte spenningen overstiger 18V, øker lekkasjestrømmen plutselig, og temperaturen og trykket inne i kondensatoren øker. Til slutt sprekker gummipakningen nederst på kondensatoren, og de indre elektrodene løsner som popcorn.
(overspenningssprengning av ikke-polar elektrolyttkondensator)
Ved å koble et termoelement til en kondensator er det mulig å måle prosessen der temperaturen i kondensatoren endres når den påførte spenningen øker. Figuren nedenfor viser en ikke-polar kondensator i prosessen med spenningsøkning. Når den påførte spenningen overstiger den tålelige spenningsverdien, fortsetter den indre temperaturen å øke.
(Forholdet mellom spenning og temperatur)
Figuren nedenfor viser endringen i strømmen som flyter gjennom kondensatoren under samme prosess. Det kan sees at økningen i strøm er hovedårsaken til økningen i den indre temperaturen. I denne prosessen økes spenningen lineært, og når strømmen øker kraftig, forårsaker strømforsyningsgruppen spenningsfallet. Til slutt, når strømmen overstiger 6A, eksploderer kondensatoren med et høyt smell.
(Forholdet mellom spenning og strøm)
På grunn av det store indre volumet til den ikke-polare elektrolyttkondensatoren og mengden elektrolytt, er trykket som genereres etter overløpet enormt, noe som resulterer i at trykkavlastningstanken på toppen av skallet ikke går i stykker, og tetningsgummien på bunnen av kondensatoren blåses opp.
2, eksplosjon av polar elektrolytisk kondensator
For polare elektrolytkondensatorer påføres en spenning. Når spenningen overstiger kondensatorens motstandsspenning, vil lekkasjestrømmen også stige kraftig, noe som fører til at kondensatoren overopphetes og eksploderer.
Figuren nedenfor viser den begrensende elektrolytiske kondensatoren, som har en kapasitet på 1000uF og en spenning på 16V. Etter overspenning frigjøres den interne trykkprosessen gjennom den øvre trykkavlastningstanken, slik at kondensatoreksplosjonsprosessen unngås.
Figuren nedenfor viser hvordan temperaturen på kondensatoren endres med økningen av den påførte spenningen. Etter hvert som spenningen gradvis nærmer seg kondensatorens motstandsspenning, øker kondensatorens reststrøm, og den indre temperaturen fortsetter å stige.
(Forholdet mellom spenning og temperatur)
Figuren nedenfor viser endringen i lekkasjestrømmen til kondensatoren, den nominelle 16V elektrolytiske kondensatoren, i testprosessen. Når spenningen overstiger 15V, begynner lekkasjen fra kondensatoren å øke kraftig.
(Forholdet mellom spenning og strøm)
Gjennom den eksperimentelle prosessen med de to første elektrolyttkondensatorene kan man også se at spenningsgrensen for slike vanlige elektrolyttkondensatorer er 1000uF. For å unngå høyspenningsgjennombrudd i kondensatoren, er det nødvendig å la det være nok margin i henhold til de faktiske spenningsfluktuasjonene når man bruker elektrolyttkondensatoren.
3,elektrolyttiske kondensatorer i serie
Der det er hensiktsmessig, kan større kapasitans og større kapasitansmotstandsspenning oppnås ved henholdsvis parallell- og seriekobling.
(popcorn av elektrolyttkondensator etter overtrykkseksplosjon)
I noen applikasjoner er spenningen som påføres kondensatoren vekselspenning, for eksempel koblingskondensatorer for høyttalere, vekselstrømsfasekompensasjon, motorfaseskiftkondensatorer, etc., som krever bruk av ikke-polare elektrolyttiske kondensatorer.
I brukerhåndbøkene fra noen kondensatorprodusenter står det også at tradisjonelle polarkondensatorer kan brukes i seriekoblinger, det vil si to kondensatorer i serie, men med motsatt polaritet for å oppnå effekten av upolare kondensatorer.
(elektrolytisk kapasitans etter overspenningseksplosjon)
Følgende er en sammenligning av polarkondensatoren i anvendelsen av foroverspenning, reversspenning, to elektrolyttiske kondensatorer rygg-mot-rygg-serier i tre tilfeller av ikke-polar kapasitans, lekkasjestrømmen endres med økningen av den påførte spenningen.
1. Foroverspenning og lekkasjestrøm
Strømmen som flyter gjennom kondensatoren måles ved å koble en motstand i serie. Innenfor spenningstoleranseområdet til den elektrolyttiske kondensatoren (1000uF, 16V) økes den påførte spenningen gradvis fra 0V for å måle forholdet mellom den tilsvarende lekkasjestrømmen og spenningen.
(positiv seriekapasitans)
Figuren nedenfor viser forholdet mellom lekkasjestrømmen og spenningen til en polar aluminiumselektrolytkondensator, som er et ikke-lineært forhold med lekkasjestrømmen under 0,5 mA.
(Forholdet mellom spenning og strøm etter foroverrekken)
2, reversspenning og lekkasjestrøm
Ved å bruke den samme strømmen til å måle forholdet mellom den påførte retningsspenningen og lekkasjestrømmen til elektrolyttkondensatoren, kan det sees fra figuren nedenfor at når den påførte reversspenningen overstiger 4 V, begynner lekkasjestrømmen å øke raskt. Fra hellingen til den følgende kurven tilsvarer den reverserte elektrolyttkapasitansen en motstand på 1 ohm.
(Omvendt spenning Forholdet mellom spenning og strøm)
3. Seriekondensatorer rygg mot rygg
To identiske elektrolyttkondensatorer (1000uF, 16V) kobles rygg mot rygg i serie for å danne en upolar ekvivalent elektrolyttkondensator, og deretter måles forholdskurven mellom spenningen og lekkasjestrømmen.
(positiv og negativ polaritetsseriekapasitans)
Følgende diagram viser forholdet mellom kondensatorspenningen og lekkasjestrømmen, og du kan se at lekkasjestrømmen øker etter at den påførte spenningen overstiger 4V, og strømamplituden er mindre enn 1,5mA.
Og denne målingen er litt overraskende, fordi du ser at lekkasjestrømmen til disse to seriekoblede kondensatorene faktisk er større enn lekkasjestrømmen til en enkelt kondensator når spenningen påføres fremover.
(Forholdet mellom spenning og strøm etter positiv og negativ serie)
På grunn av tidsmessige årsaker ble det imidlertid ikke utført noen gjentatt test for dette fenomenet. Kanskje en av kondensatorene som ble brukt var kondensatoren fra reversspenningstesten nettopp, og det var skader inni, så testkurven ovenfor ble generert.
Publisert: 25. juli 2023
