1. Elektrolytische condensatoren
Elektrolytische condensatoren zijn condensatoren die worden gevormd door de oxidatielaag op de elektrode door de werking van de elektrolyt als isolatielaag, die doorgaans een grote capaciteit heeft. De elektrolyt is een vloeibaar, geleiachtig materiaal dat rijk is aan ionen, en de meeste elektrolytische condensatoren zijn polair, dat wil zeggen dat tijdens het werken de spanning van de positieve elektrode van de condensator altijd hoger moet zijn dan de negatieve spanning.
De hoge capaciteit van elektrolytische condensatoren wordt ook opgeofferd voor vele andere kenmerken, zoals het hebben van een grote lekstroom, een grote equivalente serie-inductie en weerstand, een grote tolerantiefout en een korte levensduur.
Naast polaire elektrolytische condensatoren zijn er ook niet-polaire elektrolytische condensatoren. In de onderstaande afbeelding zijn er twee soorten elektrolytische condensatoren van 1000 uF, 16 V. Onder hen is de grotere niet-polair en de kleinere polair.
(Niet-polaire en polaire elektrolytische condensatoren)
De binnenkant van de elektrolytische condensator kan een vloeibare elektrolyt of een vast polymeer zijn, en het elektrodemateriaal is gewoonlijk aluminium (aluminium) of tantaal (tandalium). Het volgende is een gewone polaire elektrolytische aluminiumcondensator in de structuur, tussen de twee lagen elektroden bevindt zich een laag vezelpapier gedrenkt in elektrolyt, plus een laag isolerend papier dat in een cilinder is veranderd, verzegeld in de aluminium schaal.
(Interne structuur van elektrolytische condensator)
Bij het ontleden van de elektrolytische condensator is de basisstructuur ervan duidelijk te zien. Om verdamping en lekkage van de elektrolyt te voorkomen, is het condensatorpengedeelte vastgezet met afdichtrubber.
Uiteraard toont de figuur ook het verschil in intern volume tussen polaire en niet-polaire elektrolytische condensatoren. Bij hetzelfde capaciteits- en spanningsniveau is de niet-polaire elektrolytische condensator ongeveer twee keer zo groot als de polaire.
(Interne structuur van niet-polaire en polaire elektrolytische condensatoren)
Dit verschil komt voornamelijk door het grote verschil in het oppervlak van de elektroden in de twee condensatoren. De niet-polaire condensatorelektrode bevindt zich aan de linkerkant en de polaire elektrode bevindt zich aan de rechterkant. Naast het oppervlakteverschil is ook de dikte van de twee elektroden verschillend en is de dikte van de polaire condensatorelektrode dunner.
(Elektrolytische condensator aluminiumplaat van verschillende breedte)
2. Explosie van de condensator
Wanneer de door de condensator aangelegde spanning de weerstandsspanning overschrijdt, of wanneer de polariteit van de spanning van de polaire elektrolytische condensator wordt omgekeerd, zal de lekstroom van de condensator scherp stijgen, wat resulteert in een toename van de interne warmte van de condensator en de elektrolyt. zal een grote hoeveelheid gas produceren.
Om condensatorexplosie te voorkomen, zijn er drie groeven op de bovenkant van de condensatorbehuizing gedrukt, zodat de bovenkant van de condensator onder hoge druk gemakkelijk kan breken en de interne druk kan ontsnappen.
(Straaltank bovenaan de elektrolytische condensator)
Bij sommige condensatoren in het productieproces is het drukken op de bovenste groef echter niet gekwalificeerd, de druk in de condensator zal ervoor zorgen dat het afdichtingsrubber aan de onderkant van de condensator wordt uitgeworpen, op dit moment wordt de druk in de condensator plotseling vrijgegeven en zal zich vormen een explosie.
1, niet-polaire elektrolytische condensatorexplosie
De onderstaande figuur toont een niet-polaire elektrolytische condensator bij de hand, met een capaciteit van 1000uF en een spanning van 16V. Nadat de aangelegde spanning de 18V overschrijdt, neemt de lekstroom plotseling toe en nemen de temperatuur en druk in de condensator toe. Uiteindelijk barst de rubberen afdichting aan de onderkant van de condensator open en worden de interne elektroden als popcorn losgeslagen.
(niet-polaire elektrolytische condensator-overspanningsexplosie)
Door een thermokoppel aan een condensator te koppelen, is het mogelijk het proces te meten waarbij de temperatuur van de condensator verandert naarmate de aangelegde spanning toeneemt. De volgende afbeelding toont de niet-polaire condensator tijdens het proces van spanningsverhoging. Wanneer de aangelegde spanning de weerstandsspanningswaarde overschrijdt, blijft de interne temperatuur stijgen.
(Verband tussen spanning en temperatuur)
De onderstaande figuur toont de verandering in de stroom die door de condensator vloeit tijdens hetzelfde proces. Het is duidelijk dat de toename van de stroom de belangrijkste reden is voor de stijging van de interne temperatuur. In dit proces wordt de spanning lineair verhoogd, en naarmate de stroom sterk stijgt, zorgt de voedingsgroep ervoor dat de spanning daalt. Ten slotte, wanneer de stroom groter is dan 6A, explodeert de condensator met een luide knal.
(Verband tussen spanning en stroom)
Vanwege het grote interne volume van de niet-polaire elektrolytische condensator en de hoeveelheid elektrolyt, is de druk die wordt gegenereerd na de overloop enorm, wat ertoe leidt dat de drukontlastingstank aan de bovenkant van de schaal niet breekt en het afdichtingsrubber aan de onderkant van de condensator wordt opengeblazen.
2, polaire elektrolytische condensatorexplosie
Voor polaire elektrolytische condensatoren wordt een spanning aangelegd. Wanneer de spanning de weerstandsspanning van de condensator overschrijdt, zal de lekstroom ook scherp stijgen, waardoor de condensator oververhit raakt en explodeert.
De onderstaande figuur toont de beperkende elektrolytische condensator, die een capaciteit heeft van 1000uF en een spanning van 16V. Na overspanning wordt het interne drukproces vrijgegeven via de bovenste drukontlastingstank, zodat het condensatorexplosieproces wordt vermeden.
De volgende afbeelding laat zien hoe de temperatuur van de condensator verandert met de toename van de aangelegde spanning. Naarmate de spanning geleidelijk de weerstandsspanning van de condensator nadert, neemt de reststroom van de condensator toe en blijft de interne temperatuur stijgen.
(Verband tussen spanning en temperatuur)
De volgende afbeelding is de verandering van de lekstroom van de condensator, de nominale elektrolytische condensator van 16 V, tijdens het testproces, wanneer de spanning hoger is dan 15 V, begint de lekkage van de condensator scherp te stijgen.
(Verband tussen spanning en stroom)
Door het experimentele proces van de eerste twee elektrolytische condensatoren kan ook worden gezien dat de spanningslimiet van dergelijke gewone elektrolytische condensatoren 1000 uF bedraagt. Om doorslag van de condensator bij hoge spanning te voorkomen, is het bij gebruik van de elektrolytische condensator noodzakelijk om voldoende marge over te laten in overeenstemming met de werkelijke spanningsschommelingen.
3,elektrolytische condensatoren in serie
Waar nodig kunnen een grotere capaciteit en een grotere capaciteit tegen spanning worden verkregen door respectievelijk parallelle en serieschakeling.
(elektrolytische condensator popcorn na overdrukexplosie)
In sommige toepassingen is de spanning die op de condensator wordt aangelegd wisselspanning, zoals bij koppelcondensatoren van luidsprekers, wisselstroomfasecompensatie, faseverschuivende motorcondensatoren, enz., waarbij het gebruik van niet-polaire elektrolytische condensatoren vereist is.
In de gebruikershandleiding van sommige condensatorfabrikanten wordt ook vermeld dat het gebruik van traditionele polaire condensatoren door back-to-back series, dat wil zeggen twee condensatoren in serie met elkaar, maar de polariteit tegengesteld is om het effect van niet- polaire condensatoren.
(elektrolytische capaciteit na overspanningsexplosie)
Het volgende is een vergelijking van de polaire condensator bij de toepassing van voorwaartse spanning, sperspanning, twee elektrolytische condensatoren back-to-back serie in drie gevallen van niet-polaire capaciteit, lekstroom verandert met de toename van de aangelegde spanning.
1. Voorwaartse spanning en lekstroom
De stroom die door de condensator vloeit, wordt gemeten door een weerstand in serie aan te sluiten. Binnen het spanningstolerantiebereik van de elektrolytische condensator (1000uF, 16V) wordt de aangelegde spanning geleidelijk verhoogd van 0V om de relatie tussen de overeenkomstige lekstroom en spanning te meten.
(positieve seriecapaciteit)
De volgende afbeelding toont de relatie tussen de lekstroom en de spanning van een polaire elektrolytische condensator van aluminium, wat een niet-lineaire relatie is met de lekstroom onder 0,5 mA.
(De relatie tussen spanning en stroom na de voorwaartse reeks)
2, sperspanning en lekstroom
Door dezelfde stroom te gebruiken om de relatie tussen de aangelegde richtingsspanning en de lekstroom van de elektrolytische condensator te meten, blijkt uit de onderstaande figuur dat wanneer de aangelegde sperspanning 4V overschrijdt, de lekstroom snel begint toe te nemen. Vanuit de helling van de volgende curve is de omgekeerde elektrolytische capaciteit equivalent aan een weerstand van 1 ohm.
(Sperspanning Relatie tussen spanning en stroom)
3. Back-to-back seriecondensatoren
Twee identieke elektrolytische condensatoren (1000uF, 16V) worden rug aan rug in serie geschakeld om een niet-polaire equivalente elektrolytische condensator te vormen, en vervolgens wordt de relatiecurve tussen hun spanning en lekstroom gemeten.
(seriecapaciteit met positieve en negatieve polariteit)
Het volgende diagram toont de relatie tussen de condensatorspanning en de lekstroom, en u kunt zien dat de lekstroom toeneemt nadat de aangelegde spanning 4V overschrijdt en de stroomamplitude minder dan 1,5 mA is.
En deze meting is een beetje verrassend, omdat je ziet dat de lekstroom van deze twee back-to-back-seriecondensatoren feitelijk groter is dan de lekstroom van een enkele condensator wanneer de spanning in voorwaartse richting wordt toegepast.
(De relatie tussen spanning en stroom na positieve en negatieve reeksen)
Vanwege tijdgebrek was er echter geen herhaalde test voor dit fenomeen. Misschien was een van de gebruikte condensatoren de condensator van de sperspanningstest van zojuist en was er binnenin schade, zodat de bovenstaande testcurve werd gegenereerd.
Posttijd: 25 juli 2023
