1. Condensadors electrolítics
Els condensadors electrolítics són condensadors formats per la capa d'oxidació de l'elèctrode a través de l'acció de l'electròlit com a capa aïllant, que normalment té una gran capacitat. L'electròlit és un material líquid, gelatinós, ric en ions, i la majoria dels condensadors electrolítics són polars, és a dir, quan funcionen, el voltatge de l'elèctrode positiu del condensador ha de ser sempre superior al voltatge negatiu.
L'alta capacitat dels condensadors electrolítics també es sacrifica per moltes altres característiques, com ara tenir un gran corrent de fuita, una gran inductància i resistència en sèrie equivalent, un gran error de tolerància i una vida útil curta.
A més dels condensadors electrolítics polars, també hi ha condensadors electrolítics no polars. A la figura següent, hi ha dos tipus de condensadors electrolítics de 1000uF i 16V. Entre ells, el més gran és no polar i el més petit és polar.
(Condensadors electrolítics no polars i polars)
L'interior del condensador electrolític pot ser un electròlit líquid o un polímer sòlid, i el material de l'elèctrode sol ser alumini (alumini) o tàntal (tàndalo). A continuació es mostra l'estructura interior d'un condensador electrolític polar d'alumini comú, entre les dues capes d'elèctrodes hi ha una capa de paper de fibra amarada en electròlit, més una capa de paper aïllant convertida en un cilindre, segellada a la carcassa d'alumini.
(Estructura interna del condensador electrolític)
En disseccionar el condensador electrolític, es pot veure clarament la seva estructura bàsica. Per evitar l'evaporació i les fuites de l'electròlit, la part del pin del condensador es fixa amb goma de segellar.
Per descomptat, la figura també mostra la diferència de volum intern entre els condensadors electrolítics polars i els no polars. A la mateixa capacitat i nivell de tensió, el condensador electrolític no polar és aproximadament el doble de gran que el polar.
(Estructura interna de condensadors electrolítics no polars i polars)
Aquesta diferència prové principalment de la gran diferència en l'àrea dels elèctrodes dins dels dos condensadors. L'elèctrode del condensador no polar està a l'esquerra i l'elèctrode polar està a la dreta. A més de la diferència d'àrea, el gruix dels dos elèctrodes també és diferent, i el gruix de l'elèctrode del condensador polar és més prim.
(Làmina d'alumini de condensador electrolític de diferent amplada)
2. Explosió de condensador
Quan el voltatge aplicat pel condensador supera el seu voltatge de resistència, o quan la polaritat del voltatge del condensador electrolític polar s'inverteix, el corrent de fuita del condensador augmentarà bruscament, cosa que provocarà un augment de la calor interna del condensador i l'electròlit produirà una gran quantitat de gas.
Per evitar l'explosió del condensador, hi ha tres ranures premsades a la part superior de la carcassa del condensador, de manera que la part superior del condensador es pot trencar fàcilment sota alta pressió i alliberar la pressió interna.
(Tanc de voladura a la part superior del condensador electrolític)
Tanmateix, alguns condensadors en el procés de producció, la pressió de la ranura superior no està qualificada, la pressió dins del condensador farà que el segellat de goma a la part inferior del condensador sigui expulsat, en aquest moment la pressió dins del condensador s'allibera sobtadament, formarà una explosió.
1, explosió d'un condensador electrolític no polar
La figura següent mostra un condensador electrolític no polar, amb una capacitat de 1000uF i un voltatge de 16V. Quan el voltatge aplicat supera els 18V, el corrent de fuita augmenta sobtadament, i la temperatura i la pressió dins del condensador augmenten. Finalment, la junta de goma de la part inferior del condensador esclata i els elèctrodes interns es desfan com si fossin crispetes.
(explosió per sobretensió de condensador electrolític no polar)
En connectar un termopar a un condensador, és possible mesurar el procés pel qual la temperatura del condensador canvia a mesura que augmenta el voltatge aplicat. La figura següent mostra el condensador no polar en el procés d'augment de voltatge: quan el voltatge aplicat supera el valor de la tensió suportada, la temperatura interna continua augmentant.
(Relació entre voltatge i temperatura)
La figura següent mostra el canvi en el corrent que flueix a través del condensador durant el mateix procés. Es pot veure que l'augment del corrent és la raó principal de l'augment de la temperatura interna. En aquest procés, el voltatge augmenta linealment i, a mesura que el corrent augmenta bruscament, el grup d'alimentació fa que el voltatge caigui. Finalment, quan el corrent supera els 6A, el condensador explota amb un fort soroll.
(Relació entre voltatge i corrent)
A causa del gran volum intern del condensador electrolític no polar i de la quantitat d'electròlit, la pressió generada després del desbordament és enorme, cosa que fa que el dipòsit d'alleujament de pressió a la part superior de la carcassa no es trenqui i que la goma de segellat a la part inferior del condensador s'obri.
2, explosió de condensador electrolític polar
Per als condensadors electrolítics polars, s'aplica una tensió. Quan la tensió supera la tensió de resistència del condensador, el corrent de fuita també augmentarà bruscament, cosa que farà que el condensador es sobreescalfi i exploti.
La figura següent mostra el condensador electrolític limitador, que té una capacitat de 1000uF i un voltatge de 16V. Després d'una sobretensió, el procés de pressió interna s'allibera a través del dipòsit d'alleujament de pressió superior, de manera que s'evita el procés d'explosió del condensador.
La figura següent mostra com canvia la temperatura del condensador amb l'augment del voltatge aplicat. A mesura que el voltatge s'acosta gradualment a la tensió de resistència del condensador, el corrent residual del condensador augmenta i la temperatura interna continua augmentant.
(Relació entre voltatge i temperatura)
La figura següent mostra el canvi del corrent de fuita del condensador, el condensador electrolític nominal de 16 V, en el procés de prova, quan el voltatge supera els 15 V, la fuita del condensador comença a augmentar bruscament.
(Relació entre voltatge i corrent)
A través del procés experimental dels dos primers condensadors electrolítics, també es pot veure que el límit de voltatge d'aquests condensadors electrolítics ordinaris de 1000uF. Per tal d'evitar la ruptura d'alt voltatge del condensador, quan s'utilitza el condensador electrolític, cal deixar un marge suficient segons les fluctuacions de voltatge reals.
3,condensadors electrolítics en sèrie
Quan sigui apropiat, es pot obtenir una major capacitància i una major tensió de resistència a la capacitància mitjançant connexió en paral·lel i en sèrie, respectivament.
(condensador electrolític fet crispetes després d'una explosió de sobrepressió)
En algunes aplicacions, el voltatge aplicat al condensador és voltatge alterna, com ara condensadors d'acoblament d'altaveus, compensació de fase de corrent altern, condensadors de canvi de fase de motor, etc., que requereixen l'ús de condensadors electrolítics no polars.
En el manual d'usuari proporcionat per alguns fabricants de condensadors, també es dóna l'ús de condensadors polars tradicionals en sèrie, és a dir, dos condensadors en sèrie junts, però la polaritat és oposada per obtenir l'efecte dels condensadors no polars.
(capacitància electrolítica després d'una explosió de sobretensió)
La següent és una comparació del condensador polar en l'aplicació de voltatge directe, voltatge invers, dos condensadors electrolítics en sèrie en tres casos de capacitança no polar, el corrent de fuita canvia amb l'augment del voltatge aplicat.
1. Tensió directa i corrent de fuga
El corrent que flueix a través del condensador es mesura connectant una resistència en sèrie. Dins del rang de tolerància de voltatge del condensador electrolític (1000uF, 16V), el voltatge aplicat augmenta gradualment des de 0V per mesurar la relació entre el corrent de fuita corresponent i el voltatge.
(capacitància en sèrie positiva)
La figura següent mostra la relació entre el corrent de fuita i el voltatge d'un condensador electrolític d'alumini polar, que és una relació no lineal amb el corrent de fuita per sota de 0,5 mA.
(La relació entre voltatge i corrent després de la sèrie directa)
2, voltatge invers i corrent de fuita
Utilitzant el mateix corrent per mesurar la relació entre la tensió de direcció aplicada i el corrent de fuita del condensador electrolític, es pot veure a la figura següent que quan la tensió inversa aplicada supera els 4V, el corrent de fuita comença a augmentar ràpidament. A partir del pendent de la corba següent, la capacitància electrolítica inversa és equivalent a una resistència d'1 ohm.
(Relació de voltatge invers entre voltatge i corrent)
3. Condensadors en sèrie encadenats
Dos condensadors electrolítics idèntics (1000uF, 16V) es connecten en sèrie per formar un condensador electrolític equivalent no polar, i després es mesura la corba de relació entre el seu voltatge i el corrent de fuita.
(capacitància en sèrie de polaritat positiva i negativa)
El diagrama següent mostra la relació entre la tensió del condensador i el corrent de fuita, i podeu veure que el corrent de fuita augmenta després que la tensió aplicada superi els 4V i l'amplitud del corrent sigui inferior a 1,5 mA.
I aquesta mesura és una mica sorprenent, perquè es veu que el corrent de fuita d'aquests dos condensadors en sèrie encadenats és en realitat més gran que el corrent de fuita d'un sol condensador quan el voltatge s'aplica cap endavant.
(La relació entre voltatge i corrent després d'una sèrie positiva i negativa)
Tanmateix, per motius de temps, no es va repetir la prova d'aquest fenomen. Potser un dels condensadors utilitzats era el condensador de la prova de tensió inversa que s'acabava de fer, i hi havia danys a l'interior, de manera que es va generar la corba de prova anterior.
Data de publicació: 25 de juliol de 2023
