1. Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές
Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές είναι πυκνωτές που σχηματίζονται από το στρώμα οξείδωσης στο ηλεκτρόδιο μέσω της δράσης του ηλεκτρολύτη ως μονωτικού στρώματος, το οποίο συνήθως έχει μεγάλη χωρητικότητα. Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα υγρό υλικό που μοιάζει με ζελέ πλούσιο σε ιόντα και οι περισσότεροι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές είναι πολικοί, δηλαδή όταν εργάζονται, η τάση του θετικού ηλεκτροδίου του πυκνωτή πρέπει να είναι πάντα υψηλότερη από την αρνητική τάση.
Η υψηλή χωρητικότητα των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών θυσιάζεται επίσης για πολλά άλλα χαρακτηριστικά, όπως η ύπαρξη μεγάλου ρεύματος διαρροής, μεγάλης ισοδύναμης επαγωγής και αντίστασης σειράς, μεγάλο σφάλμα ανοχής και μικρή διάρκεια ζωής.
Εκτός από τους πολικούς ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, υπάρχουν και οι μη πολικοί ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές. Στο παρακάτω σχήμα, υπάρχουν δύο είδη ηλεκτρολυτικών πυκνωτών 1000uF, 16V. Μεταξύ αυτών, το μεγαλύτερο είναι μη πολικό και το μικρότερο είναι πολικό.
(Μη πολικοί και πολικοί ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές)
Το εσωτερικό του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή μπορεί να είναι ένας υγρός ηλεκτρολύτης ή ένα στερεό πολυμερές και το υλικό του ηλεκτροδίου είναι συνήθως αλουμίνιο (αλουμίνιο) ή ταντάλιο (τάνταλο). Το παρακάτω είναι ένας κοινός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής πολικού αλουμινίου μέσα στη δομή, μεταξύ των δύο στρωμάτων ηλεκτροδίων υπάρχει ένα στρώμα ινών χαρτιού εμποτισμένο με ηλεκτρολύτη, συν ένα στρώμα μονωτικού χαρτιού που μετατράπηκε σε κύλινδρο, σφραγισμένο στο κέλυφος αλουμινίου.
(Εσωτερική δομή ηλεκτρολυτικού πυκνωτή)
Διαχωρίζοντας τον ηλεκτρολυτικό πυκνωτή, φαίνεται καθαρά η βασική του δομή. Προκειμένου να αποφευχθεί η εξάτμιση και η διαρροή του ηλεκτρολύτη, το τμήμα πείρου του πυκνωτή στερεώνεται με λάστιχο στεγανοποίησης.
Φυσικά, το σχήμα δείχνει επίσης τη διαφορά στον εσωτερικό όγκο μεταξύ πολικών και μη πολικών ηλεκτρολυτικών πυκνωτών. Στην ίδια χωρητικότητα και επίπεδο τάσης, ο μη πολικός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής είναι περίπου δύο φορές μεγαλύτερος από τον πολικό.
(Εσωτερική δομή μη πολικών και πολικών ηλεκτρολυτικών πυκνωτών)
Αυτή η διαφορά προέρχεται κυρίως από τη μεγάλη διαφορά στην περιοχή των ηλεκτροδίων μέσα στους δύο πυκνωτές. Το μη πολικό ηλεκτρόδιο πυκνωτή βρίσκεται στα αριστερά και το πολικό ηλεκτρόδιο στα δεξιά. Εκτός από τη διαφορά επιφάνειας, το πάχος των δύο ηλεκτροδίων είναι επίσης διαφορετικό και το πάχος του ηλεκτροδίου του πολικού πυκνωτή είναι πιο λεπτό.
(Φύλλο αλουμινίου ηλεκτρολυτικού πυκνωτή διαφορετικού πλάτους)
2. Έκρηξη πυκνωτή
Όταν η τάση που εφαρμόζεται από τον πυκνωτή υπερβαίνει την τάση αντοχής του ή όταν η πολικότητα της τάσης του πολικού ηλεκτρολυτικού πυκνωτή αντιστρέφεται, το ρεύμα διαρροής πυκνωτή θα αυξηθεί απότομα, με αποτέλεσμα την αύξηση της εσωτερικής θερμότητας του πυκνωτή και του ηλεκτρολύτη θα παράγει μεγάλη ποσότητα αερίου.
Προκειμένου να αποφευχθεί η έκρηξη του πυκνωτή, υπάρχουν τρεις αυλακώσεις που πιέζονται στην κορυφή του περιβλήματος του πυκνωτή, έτσι ώστε η κορυφή του πυκνωτή να σπάσει εύκολα υπό υψηλή πίεση και να απελευθερωθεί η εσωτερική πίεση.
(Δοχείο ανατίναξης στο πάνω μέρος του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή)
Ωστόσο, ορισμένοι πυκνωτές στη διαδικασία παραγωγής, η πίεση στο επάνω αυλάκι δεν είναι κατάλληλη, η πίεση μέσα στον πυκνωτή θα κάνει το λάστιχο στεγανοποίησης στο κάτω μέρος του πυκνωτή να εκτοξευτεί, αυτή τη στιγμή η πίεση στο εσωτερικό του πυκνωτή απελευθερώνεται ξαφνικά, θα σχηματιστεί μια έκρηξη.
1, μη πολική έκρηξη ηλεκτρολυτικού πυκνωτή
Το παρακάτω σχήμα δείχνει έναν μη πολικό ηλεκτρολυτικό πυκνωτή, χωρητικότητας 1000uF και τάσης 16V. Αφού η εφαρμοζόμενη τάση υπερβεί τα 18 V, το ρεύμα διαρροής αυξάνεται ξαφνικά και η θερμοκρασία και η πίεση στο εσωτερικό του πυκνωτή αυξάνονται. Τελικά, η ελαστική τσιμούχα στο κάτω μέρος του πυκνωτή ανοίγει και τα εσωτερικά ηλεκτρόδια θρυμματίζονται χαλαρά σαν ποπ κορν.
(μη πολική ανατίναξη υπέρτασης ηλεκτρολυτικού πυκνωτή)
Δένοντας ένα θερμοστοιχείο σε έναν πυκνωτή, είναι δυνατό να μετρηθεί η διαδικασία με την οποία αλλάζει η θερμοκρασία του πυκνωτή καθώς αυξάνεται η εφαρμοζόμενη τάση. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τον μη πολικό πυκνωτή στη διαδικασία αύξησης της τάσης, όταν η εφαρμοζόμενη τάση υπερβαίνει την τιμή της τάσης αντοχής, η εσωτερική θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται διαδικασία.
(Σχέση τάσης και θερμοκρασίας)
Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη μεταβολή του ρεύματος που διαρρέει τον πυκνωτή κατά την ίδια διαδικασία. Μπορεί να φανεί ότι η αύξηση του ρεύματος είναι ο κύριος λόγος για την αύξηση της εσωτερικής θερμοκρασίας. Σε αυτή τη διαδικασία, η τάση αυξάνεται γραμμικά και καθώς το ρεύμα αυξάνεται απότομα, η ομάδα τροφοδοσίας κάνει την πτώση τάσης. Τέλος, όταν το ρεύμα ξεπεράσει τα 6Α, ο πυκνωτής εκρήγνυται με ένα δυνατό κρότο.
(Σχέση τάσης και ρεύματος)
Λόγω του μεγάλου εσωτερικού όγκου του μη πολικού ηλεκτρολυτικού πυκνωτή και της ποσότητας ηλεκτρολύτη, η πίεση που δημιουργείται μετά την υπερχείλιση είναι τεράστια, με αποτέλεσμα η δεξαμενή ανακούφισης πίεσης στο πάνω μέρος του κελύφους να μην σπάει και το λάστιχο στεγανοποίησης στο κάτω μέρος του πυκνωτή ανοίγει.
2, έκρηξη πολικού ηλεκτρολυτικού πυκνωτή
Για πολικούς ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές εφαρμόζεται τάση. Όταν η τάση υπερβαίνει την τάση αντοχής του πυκνωτή, το ρεύμα διαρροής θα αυξηθεί επίσης απότομα, προκαλώντας υπερθέρμανση και έκρηξη του πυκνωτή.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει τον περιοριστικό ηλεκτρολυτικό πυκνωτή, ο οποίος έχει χωρητικότητα 1000uF και τάση 16V. Μετά από υπέρταση, η διαδικασία εσωτερικής πίεσης απελευθερώνεται μέσω της άνω δεξαμενής εκτόνωσης πίεσης, έτσι ώστε να αποφεύγεται η διαδικασία έκρηξης πυκνωτή.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει πώς αλλάζει η θερμοκρασία του πυκνωτή με την αύξηση της εφαρμοζόμενης τάσης. Καθώς η τάση πλησιάζει σταδιακά την τάση αντοχής του πυκνωτή, το υπολειπόμενο ρεύμα του πυκνωτή αυξάνεται και η εσωτερική θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται.
(Σχέση τάσης και θερμοκρασίας)
Το παρακάτω σχήμα είναι η αλλαγή του ρεύματος διαρροής του πυκνωτή, του ονομαστικού ηλεκτρολυτικού πυκνωτή 16 V, στη διαδικασία δοκιμής, όταν η τάση υπερβαίνει τα 15 V, η διαρροή του πυκνωτή αρχίζει να αυξάνεται απότομα.
(Σχέση τάσης και ρεύματος)
Μέσω της πειραματικής διαδικασίας των δύο πρώτων ηλεκτρολυτικών πυκνωτών, μπορεί επίσης να φανεί ότι το όριο τάσης τέτοιων 1000uF συνηθισμένων ηλεκτρολυτικών πυκνωτών. Προκειμένου να αποφευχθεί η διάσπαση του πυκνωτή σε υψηλή τάση, όταν χρησιμοποιείτε τον ηλεκτρολυτικό πυκνωτή, είναι απαραίτητο να αφήνετε αρκετό περιθώριο σύμφωνα με τις πραγματικές διακυμάνσεις της τάσης.
3,ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές σε σειρά
Όπου ενδείκνυται, μεγαλύτερη χωρητικότητα και τάση αντοχής μεγαλύτερης χωρητικότητας μπορούν να ληφθούν με παράλληλη και σε σειρά σύνδεση, αντίστοιχα.
(ποπ κορν ηλεκτρολυτικού πυκνωτή μετά από έκρηξη υπερπίεσης)
Σε ορισμένες εφαρμογές, η τάση που εφαρμόζεται στον πυκνωτή είναι εναλλασσόμενη τάση, όπως πυκνωτές ζεύξης ηχείων, αντιστάθμιση φάσης εναλλασσόμενου ρεύματος, πυκνωτές μετατόπισης φάσης κινητήρα κ.λπ., που απαιτούν τη χρήση μη πολικών ηλεκτρολυτικών πυκνωτών.
Στο εγχειρίδιο χρήσης που δίνεται από ορισμένους κατασκευαστές πυκνωτών, αναφέρεται επίσης ότι η χρήση παραδοσιακών πολικών πυκνωτών ανά σειρά back-to-back, δηλαδή δύο πυκνωτών σε σειρά μαζί, αλλά η πολικότητα είναι αντίθετη για να ληφθεί το αποτέλεσμα μη πολικοί πυκνωτές.
(ηλεκτρολυτική χωρητικότητα μετά από έκρηξη υπέρτασης)
Ακολουθεί μια σύγκριση του πολικού πυκνωτή στην εφαρμογή μπροστινής τάσης, αντίστροφης τάσης, δύο ηλεκτρολυτικών πυκνωτών back-to-back σειρά σε τρεις περιπτώσεις μη πολικής χωρητικότητας, ρεύμα διαρροής αλλάζει με την αύξηση της εφαρμοζόμενης τάσης.
1. Μπροστινή τάση και ρεύμα διαρροής
Το ρεύμα που διαρρέει τον πυκνωτή μετράται με τη σύνδεση μιας αντίστασης σε σειρά. Εντός του εύρους ανοχής τάσης του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή (1000uF, 16V), η εφαρμοζόμενη τάση αυξάνεται σταδιακά από 0V για να μετρηθεί η σχέση μεταξύ του αντίστοιχου ρεύματος διαρροής και της τάσης.
(θετική χωρητικότητα σειράς)
Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη σχέση μεταξύ του ρεύματος διαρροής και της τάσης ενός πολικού ηλεκτρολυτικού πυκνωτή αλουμινίου, η οποία είναι μια μη γραμμική σχέση με το ρεύμα διαρροής κάτω από 0,5 mA.
(Η σχέση μεταξύ τάσης και ρεύματος μετά την μπροστινή σειρά)
2, αντίστροφη τάση και ρεύμα διαρροής
Χρησιμοποιώντας το ίδιο ρεύμα για τη μέτρηση της σχέσης μεταξύ της εφαρμοζόμενης τάσης κατεύθυνσης και του ρεύματος διαρροής του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή, μπορεί να φανεί από το παρακάτω σχήμα ότι όταν η εφαρμοζόμενη αντίστροφη τάση υπερβαίνει τα 4 V, το ρεύμα διαρροής αρχίζει να αυξάνεται γρήγορα. Από την κλίση της ακόλουθης καμπύλης, η αντίστροφη ηλεκτρολυτική χωρητικότητα είναι ισοδύναμη με αντίσταση 1 ohms.
(Αντίστροφη τάση Σχέση τάσης και ρεύματος)
3. Πυκνωτές σειράς back-to-back
Δύο πανομοιότυποι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές (1000uF, 16V) συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά για να σχηματίσουν έναν μη πολικό ισοδύναμο ηλεκτρολυτικό πυκνωτή και στη συνέχεια μετράται η καμπύλη σχέσης μεταξύ της τάσης και του ρεύματος διαρροής τους.
(Χωρητικότητα σειράς θετικής και αρνητικής πολικότητας)
Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τη σχέση μεταξύ της τάσης του πυκνωτή και του ρεύματος διαρροής και μπορείτε να δείτε ότι το ρεύμα διαρροής αυξάνεται αφού η εφαρμοζόμενη τάση υπερβεί τα 4 V και το πλάτος ρεύματος είναι μικρότερο από 1,5 mA.
Και αυτή η μέτρηση είναι λίγο περίεργη, γιατί βλέπετε ότι το ρεύμα διαρροής αυτών των δύο πυκνωτών σειράς back-to-back είναι στην πραγματικότητα μεγαλύτερο από το ρεύμα διαρροής ενός μόνο πυκνωτή όταν η τάση εφαρμόζεται προς τα εμπρός.
(Η σχέση μεταξύ τάσης και ρεύματος μετά από θετική και αρνητική σειρά)
Ωστόσο, για λόγους χρόνου, δεν έγινε επαναλαμβανόμενο τεστ για αυτό το φαινόμενο. Ίσως ένας από τους πυκνωτές που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο πυκνωτής της δοκιμής αντίστροφης τάσης μόλις τώρα, και υπήρχε ζημιά στο εσωτερικό, οπότε δημιουργήθηκε η παραπάνω καμπύλη δοκιμής.
Ώρα δημοσίευσης: 25 Ιουλίου 2023
